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
Syllabus
Especificación Pearson Edexcel IAL Biología, Edición 2 (Febrero 2021), Tema 1, declaraciones 1.1-1.4 con Práctica Central 1 (espec pp.15-16). Estas son subdivisiones locales de enseñanza de las declaraciones oficiales.
El agua como solvente de transporte: naturaleza dipolar, enlace de hidrógeno entre moléculas y por qué las sustancias polares e iónicas se disuelven. Carbohidratos: monosacáridos/disosacáridos/polísacáridos (glucosa, fructosa, galactosa; maltosa, sacarosa, lactosa; glucógeno, amilosa, amilopectina); condensación formando enlaces glicosídicos e hidrólisis rompiéndolos; relacionando estructura con suministro y almacenamiento de energía (hélice de α-glucosa vs. amilopectina/ glucógeno ramificados; celulosa excluida aquí). Práctica Central 1: estimación semicuantitativa de concentración de azúcares reductores con Benedict y estimación de almidón con yodo usando patrones de color.
Fuente: Plan de estudios 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:
Condensación 缩合 removes a water molecule as a glycosidic bond 糖苷键 forms between two sugars.
Hidrólisis 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 y 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
Syllabus
Declaración 1.5 (espec p.16): síntesis de triglicéridos por condensación de glicerol con tres ácidos grasos formando enlaces éster; ácidos grasos saturados vs. insaturados (sin doble enlace vs. uno o más C=C, cadenas rectas empaquetadas vs. cadenas con dobles, consecuencias en punto de fusión). Enlaces hacia adelante con riesgo de ECV (subtema 1.5) a través de la química lipídica dietética y con la prueba de emulsión de etanol.
Fuente: Plan de estudios 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
Syllabus
Enunciados 1.6-1.8 (espec. pp.16-17): por qué los animales multicelulares necesitan una circulación de transporte masivo (límites de la difusión); estructura-función de capilares, arterias y venas (capas de pared, luz, válvulas, tejido elástico y muscular liso); cámaras, válvulas y grandes vasos del corazón mamífero; el ciclo cardíaco (sístole auricular, sístole ventricular, diástole) con cambios de presión y volumen y cierre valvular. No se requieren detalles sobre estimulación miogénica en IAS (nota espec.).
Fuente: Plan de estudios 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
Por qué
Arteria
thick muscle and elastic fibres, small lumen
carries blood at high, pulsing pressure; elastin smooths the pulse
Capilar
one cell thick endothelium
short diffusion path, huge total surface area; tissue fluid leaks out at the start
Vena
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.
El ciclo cardíaco
One beat has three phases. Sístole auricular 心房收缩期 squeezes the last blood into the ventricles. Sístole ventricular 心室收缩期 raises ventricular pressure above arterial pressure, the semilunar valves open, and blood is driven out. Diástole 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
Syllabus
Enunciado 1.9 (espec. p.17): estructura cuaternaria de la hemoglobina (cuatro polipéptidos, cada uno con un grupo hemo), enlace cooperativo evidenciado por la curva sigmoidea de disociación, transporte de oxígeno y dióxido de carbono, y efecto Bohr: el aumento de la presión parcial de CO₂ desplaza la curva hacia la derecha al cargar protones a la hemoglobina. Comparar la curva hiperbólica de la mioglobina, donde las proteínas de almacenamiento de cadena única aparecen.
Fuente: Plan de estudios 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
Syllabus
Statements 1.10-1.13 with Core Practical 2 (spec pp.17-18): the course of atherosclerosis (endothelial damage, inflammatory response, LDL deposition, plaque growth, aneurysm and thrombosis risk); the clotting cascade (thromboplastin release, prothrombin to thrombin, fibrinogen to fibrin); blood pressure (systolic/diastolic, hypertension as a risk factor) and Core Practical 2 heart-rate investigation (Daphnia or equivalent). Risk factors multiply rather than add.
Fuente: Plan de estudios 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
Syllabus
Enunciados 1.19-1.20 (espec. p.18): cómo el conocimiento científico sobre la dieta (balance energético, obesidad medida por IMC y relación cintura-cadera, sal, grasas saturadas frente a insaturadas) informa las decisiones; beneficios y riesgos de tratamientos de ECV: antihipertensivos (betabloqueantes, inhibidores de la ECA, diuréticos), estatinas (regulación al alza de receptores de LDL, efectos adversos musculares y hepáticos), anticoagulantes (warfarina, aspirina) e inhibidores plaquetarios, junto con intervenciones en el estilo de vida.
Fuente: Plan de estudios 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
Syllabus
Enunciados del tema 2 2.1-2.3 con Práctica Central 3 (espec. pp.19-20): propiedades de las superficies de intercambio (gran superficie, delgadas, mantenimiento del gradiente de concentración); estructura de membrana según el modelo mosaico fluido: bicapa fosfolipídica, proteínas intrínsecas y extrínsecas, colesterol, glucolípidos y glucoproteínas; historia del modelo de membrana (de Overton a Singer-Nicolson) e investigación de permeabilidad de membranas en Práctica Central 3 (remolacha a diferente temperatura o concentración de solvente).
Enunciados 2.4-2.5 (espec. p.20): ósmosis como movimiento de moléculas libres de agua desde mayor a menor potencial hídrico a través de una membrana semipermeable; transporte pasivo (difusión, difusión facilitada a través de proteínas transportadoras y canales) frente a transporte activo (ATP, contra el gradiente); endocitosis y exocitosis para material volumétrico; ley de Fick aplicada a superficie, gradiente de concentración y distancia de difusión (velocidad proporcional a SA x gradiente / espesor).
Fuente: Plan de estudios 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:
Difusión 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.
Transporte activo 主动运输 — against the gradient, powered by ATP, through carrier proteins that change shape.
Ósmosis 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
Syllabus
Declaraciones 2.6-2.8 con Práctica Central 4 (espec p.20): estructura del aminoácido (grupo amino, grupo carboxilo, grupo R, formación de enlace peptídico por condensación); niveles de estructura proteica (secuencia primaria hasta terciaria y cuaternaria unida por puentes de hidrógeno, iones o disulfuro); acción enzimática - especificidad del sitio activo, ajuste inducido, efectos de temperatura/pH/concentración de sustrato en la velocidad, inhibición competitiva y no competitiva; Práctica Central 4 para investigar actividad enzimática (temperatura o pH o [S] con, ej., amilasa-almidón). Aplicaciones de enzimas inmovilizadas y ligadas.
Fuente: Plan de estudios 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 secundario 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
Syllabus
Declaraciones 2.9-2.12 (espec p.21): estructura del mononucleótido (azúcar pentosa, fosfato, base nitrogenada; desoxirribosa vs. ribosa), formación de polímero de ADN mediante enlaces fosfodiéster, doble hélice con apareamiento complementario de bases y cadenas antiparalelas; replicación semiconservativa (helicasa desenrollando, ADN polimerasa, nucleótidos libres, evidencia Meselson-Stahl); un gen como secuencia de bases codificando una secuencia de aminoácidos; el código triplete - no superpuesto, degenerado, universal, con codones de inicio y parada.
Fuente: Plan de estudios 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 ADN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 triplete 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
Syllabus
Declaraciones 2.13-2.18 (espec pp.21-22): transcripción (ARN polimerasa, cadena molde, empalme de pre-ARNm) y traducción (codones de ARNm, anticodones de ARNt con aminoácidos, ribosomas); mutaciones por errores en replicación de ADN - sustitución, inserción, eliminación con consecuencias de marco de lectura; alelos, genotipo, fenotipo, dominancia y ligación sexual según exija WBI11 (fibrosis quística como modelo del efecto de un gen mutado en el transporte de cloruros CFTR, acumulación de moco, riesgo de infección); cribado genético (identificación de portadores, diagnóstico genético preimplantacional, amniocentesis y toma de muestras de vellosidades coriónicas) con las cuestiones éticas y sociales de los programas de cribado.
Fuente: Plan de estudios Cambridge International
Transcription: RNA polymerase binds the gene, uses one strand as template and builds ARNm 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.
Mutaciones 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
Verifícate
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
Syllabus
Enunciados del tema 3 3.1-3.7 con Práctica Central 5 (espec. pp.22-23). Ultraestructura eucariota: núcleo y nucléolo, ribosomas, retículo endoplasmático rugoso y liso, aparato de Golgi y vesículas, mitocondrias, cloroplastos, lisosomas, centriolos, membrana plasmática; cada orgánulo vinculado a su función, y ultraestructura procariota (pared celular, cápsula, plásmidos, ADN circular único, ribosomas 70S, flagelo). Organización en tejidos, órganos y sistemas (enunciado 3.2). Aumento vs. resolución; microscopía óptica y electrónica (TEM/SEM); cálculos de aumento M = imagen/real; roles de la tinción. La Práctica Central 5 examina células con microscopía.
Fuente: Plan de estudios 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
Mitocondria
site of aerobic respiration, ATP production
Chloroplast (plants)
site of photosynthesis
Lisosoma
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.
Ampliación 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
Syllabus
Enunciados 3.9-3.13 (espec. p.23): loci y ligamiento; meiosis como dos divisiones que producen cuatro células haploides genéticamente diferentes; distribución independiente de pares homólogos y entrecruzamiento de cromátidas como fuentes de variación; especialización de gametos mamíferos (acrosoma del espermatozoide, mitocondrias del segmento medio, citoplasma y zona pelúcida del ovocito); fecundación en mamíferos (reacción acrosómica, reacción cortical que bloquea polispermia) y en plantas con flor (tubo polínico, fecundación doble).
Fuente: Plan de estudios 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:
Asumiento independiente 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).
Entrecruzamiento 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
Syllabus
Enunciados 3.14-3.16 con Práctica Central 6 (espec. p.23): ciclo celular (interfase G1-S-G2, seguido de mitosis y citocinesis); profase, metafase, anafase, telofase y lo que ocurre a los cromosomas en cada etapa; mitosis que produce células genéticamente idénticas para crecimiento, reparación y reproducción asexual; cálculo del índice mitótico (células en mitosis sobre el total de células) y uso clínico; Práctica Central 6 prepara y observa preparaciones de ápices radicales.
Fuente: Plan de estudios 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.
El 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
Syllabus
Afirmaciones 3.17-3.21 (espec. p.24): células madre totipotentes y pluripotentes, etapas de mórula y blastocisto; diferenciación por expresión génica diferencial; cambios postranscripcionales en el ARNm que generan varias proteínas a partir de un gen; interacción del genotipo y el ambiente en el fenotipo; alelos múltiples e herencia poligénica que producen variación continua. La ética en el uso de células madre atraviesa las preguntas del examen.
Fuente: Plan de estudios 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
Syllabus
Tema 4 afirmaciones 4.1-4.6 con Prácticas Centrales 7-8 (espec. pp.26-27): ultraestructura de la célula vegetal (pared celular de celulosa, plasmodesmos, cloroplastos, amiloplastos, vacúola); contraste entre la estructura del almidón y la celulosa frente a sus roles de almacenamiento y soporte; microfibrillas de celulosa y engrosamiento secundario que proporcionan resistencia a la tracción; vasos del xilema (lignificados, muertos, transporte de agua y soporte) y tubos cribosos del floema con células acompañantes (translocación); distribución en raíz, tallo y hoja; la Práctica Central 7 investiga la estructura de los tejidos vegetales y la Práctica Central 8 el transporte de agua (trabajo con potómetro).
Afirmaciones 4.7-4.13 (espec. pp.27-28): sostenibilidad de fibras vegetales y almidón; importancia del agua y los iones inorgánicos (nitrato para aminoácidos, calcio para estructura de pared y señalización, magnesio para clorofila); sustancias antimicrobianas y terapéuticas de plantas (Práctica Central 9 ensayos antimicrobianos); condiciones de crecimiento bacteriano; desarrollo de los ensayos de fármacos desde protocolos históricos hasta contemporáneos, incluyendo las fases de ensayo clínico.
Fuente: Plan de estudios 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
Xilema 木质部
dead hollow cells, lignified walls
water and mineral transport; support
Floema 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, calcio 钙离子 cross-links pectin in walls and signals inside cells, magnesio 镁离子 sits at the heart of chlorophyll — a shortage yellows the leaves.
2.7
Measuring life: classification and biodiversity
Syllabus
Afirmaciones 4.14-4.18 (espec. p.28): clasificación que organiza la vida según características compartidas, con el sistema de tres dominios (Arquea, Bacteria, Eukarya) y evidencia de secuencias moleculares; riqueza de especies y cálculo del índice de diversidad (D) dentro de un hábitat; índice de heterocigosidad dentro de una especie; endemismo; amenazas a la biodiversidad. Los cálculos con la fórmula D se evalúan anualmente.
Fuente: Plan de estudios 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
Syllabus
Afirmaciones 4.19-4.21 (espec. pp.28-29): concepto de nicho y ejemplos de adaptación (anatómica, fisiológica, conductual); ecuación de Hardy-Weinberg p^2 + 2pq + q^2 = 1 para frecuencias alélicas en una población y las condiciones que asume; evaluación de métodos de conservación en zoológicos y bancos de semillas, cría en cautiverio y corredores ecológicos.
Fuente: Plan de estudios 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).
El 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
Syllabus
Afirmaciones 4.7-4.13 (espec. pp.27-28): sostenibilidad de fibras vegetales y almidón; importancia del agua y los iones inorgánicos (nitrato para aminoácidos, calcio para estructura de pared y señalización, magnesio para clorofila); sustancias antimicrobianas y terapéuticas de plantas (Práctica Central 9 ensayos antimicrobianos); condiciones de crecimiento bacteriano; desarrollo de los ensayos de fármacos desde protocolos históricos hasta contemporáneos, incluyendo las fases de ensayo clínico.
Fuente: Plan de estudios 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 $1 \times 10^4$ hasta $4 \times 10^7$ 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
Verifícate
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).
Un campo de trigo intercepta la luz solar, fija carbono, alimenta una cadena alimentaria y pierde energía en cada paso. Esta unidad sigue la energía desde el fotón hasta el ecosistema, luego se enfoca en los participantes más pequeños: los microbios que reciclan, los patógenos que toman y el sistema inmune que defiende. WBI14 es también el examen con mayor carga de cálculo después de la Unidad 1: espere NPP, constantes de crecimiento, índices de diversidad y aritmética de hora de muerte.
WBI14 Energía, Medio Ambiente, Microbiología e Inmunidad es la primera unidad IA2: 1 hora 30 minutos, 90 puntos, todo obligatorio. Evalúa el Tema 5 (Flujo de Energía, Ecosistemas y Medio Ambiente) y el Tema 6 (Microbiología, Inmunidad y Ciencias Forenses).
4.1
Fotosíntesis: dos etapas, dos lugares
Syllabus
Tema 5 afirmaciones 5.1-5.8 con Práctica Central 10 (espec. pp.29-30). Reacción global de la fotosíntesis; reacciones dependientes de la luz (fotólisis del agua, fosforilación fotódada del ADP, reducción del NADP) en las membranas tilacoidales; reacciones independientes de la luz (ciclo de Calvin: fijación de dióxido de carbono por RuBP catalizada por rubisco, producción de GALP, regeneración de ribulosa bifosfato) en el estroma; estructura del cloroplasto adaptada a ambas etapas; espectros de absorción y acción; cromatografía de pigmentos con valores Rf (Práctica Central 10); factores limitantes (intensidad lumínica, concentración de dióxido de carbono, temperatura) y su manipulación agrícola.
Fuente: Plan de estudios Cambridge International
La reacción global: $6\mathrm{CO_2} + 6\mathrm{H_2O} \rightarrow \mathrm{C_6H_{12}O_6} + 6\mathrm{O_2}$, impulsada por energía luminosa. En las membranas tilacoidales, las reacciones dependientes de la luz fotolizan el agua (liberando O₂ y H⁺), fotofosforilan el ADP y reducen el NADP. En el estroma, las reacciones independientes de la luz (ciclo de Calvin) fijan el dióxido de carbono sobre la ribulosa bifosfato con rubisco, reducen los productos usando el ATP y el NADP reducido de la etapa uno, y producen GALP — parte para glucosa, la mayoría para regenerar RuBP.
Estructura se ajusta a función: tilacoides apilados para absorber superficie; estroma cargado de enzimas para el ciclo.
Pigmentos y espectros
La clorofila a y b absorben luz roja y azul; los carotenoides amplían el rango y protegen. El espectro de absorción muestra qué absorbe cada pigmento; el espectro de acción muestra qué tasa de fotosíntesis impulsa cada longitud de onda — su coincidencia es evidencia de que estos pigmentos realizan el trabajo. La cromatografía separa los pigmentos según su solubilidad; $\mathrm{Rf} = \text{distance moved by pigment} / \text{distance moved by solvent}$.
Factores limitantes: intensidad de luz, concentración de CO₂, temperatura. Un invernadero eleva el más débil de los tres — y las respuestas de examen deben indicar cuál y por qué.
4.2
Productividad y la cadena corta de alimentos
Syllabus
Afirmaciones 5.9-5.10 (espec. p.30): productividad primaria bruta (PPB), productividad primaria neta (PPN = PPB menos pérdidas respiratorias) y unidades utilizadas (kJ m-2 yr-1); eficiencia de transferencia de biomasa entre niveles tróficos y su cálculo; por qué las transferencias pierden energía (respiración, egestión, excreción, partes no consumidas) y por qué las cadenas alimentarias son cortas.
Fuente: Plan de estudios Cambridge International
La productividad primaria bruta (PPB) es la energía fijada por fotosíntesis por área por tiempo (kJ m⁻² yr⁻¹). Las plantas gastan gran parte en su propia respiración; lo restante es la productividad primaria neta:
$$\mathrm{NPP} = \mathrm{GPP} - R$$
Solo alrededor de 10 % de la energía en cada nivel trófico pasa hacia arriba — perdido a la respiración como calor, egestión, excreción y partes nunca consumidas. Por eso las cadenas raramente superan cuatro o cinco niveles y por qué los depredadores superiores son escasos.
Verificación worked. Un pradera fija 45 000 kJ m⁻² yr⁻¹ y respiradores 19 000. PPN $= 26\,000$ kJ m⁻² yr⁻¹. El ganado que come esa hierba retiene aproximadamente 10 %: 2 600 kJ m⁻² yr⁻¹. Los humanos que comen el ganado retienen 260 — la aritmética energética detrás de "comer más bajo en la cadena alimenta a más personas".
4.3
Ecosistemas, poblaciones y sucesión
Syllabus
Afirmaciones 5.11-5.15 con Práctica Central 11 (espec. pp.30-31): términos hábitat, población, comunidad y ecosistema; factores bióticos y abióticos que controlan la distribución y abundancia; concepto de nicho aplicado; ciclos depredador-presa; métodos de medición de abundancia (cuadrantes, transectos, captura-sustracción-recaptura); etapas de sucesión desde la colonización por especies pioneras hasta la comunidad clímax (Práctica Central 11 censo de un hábitat).
Fuente: Plan de estudios Cambridge International
Cuatro definiciones precisas: hábitat (dónde), población (individuos de una especie), comunidad (todas las poblaciones), ecosistema (comunidad + entorno). Los factores abióticos (luz, agua, temperatura, pH) y bióticos (competencia, depredación, enfermedad) determinan quién vive dónde y con qué abundancia; en conjunto, definen la niche ecológica.
Ciclo depredador-presa con retraso: los liebres aumentan, los linces siguen, los liebres disminuyen, los linces mueren de hambre — un desfase de aproximadamente un cuarto de ciclo.
La sucesión comienza cuando las especies pioneras colonizan terreno descubierto; cada etapa modifica el suelo y el microclima, permitiendo la siguiente, hasta que la comunidad clímax se estabiliza. Medir la abundancia utiliza cuadrantes y transectos (muestreo aleatorio para estimaciones, sistemático a lo largo de un gradiente) y captura-marca-recaptura para animales ($N \approx \text{first catch} \times \text{second catch} / \text{marked recaptures}$).
4.4
Cambio climático: evidencia, causas y efectos
Syllabus
Afirmaciones 5.16-5.22 con Práctica Central 12 (espec. pp.31-32): evidencia del cambio climático (registros de temperatura, núcleos de hielo, dendrocronología, polen en turberas); gases de efecto invernadero y efecto invernadero mejorado (CO2, metano, óxido nitroso - fuentes, tiempos de residencia atmosférica, potencial de calentamiento global); ciclo del carbono y métodos para reducir el carbono atmosférico; extrapolación de datos y su fiabilidad; efectos del cambio climático en patrones de precipitación, distribuciones de especies, ecosistemas dependientes de enzimas; Práctica Central 12 investiga el efecto de la temperatura sobre la actividad enzimática o relevante para el hábitat.
Fuente: Plan de estudios Cambridge International
La evidencia proviene de registros directos de temperatura, núcleos de hielo (aire atrapado que da CO₂ antiguo), anillos de crecimiento (dendrocronología) y capas de polen en turberas. El efecto invernadero ampliado: la radiación de onda larga saliente es absorbida por CO₂, metano y óxido nitroso, y reemitida hacia abajo. Los gases difieren: el metano es potente pero de vida corta; el CO₂ dura siglos; el óxido nitroso combina ambas características, por lo que la política evalúa el potencial de calentamiento global frente a la vida útil.
Extrapolar una tendencia más allá de sus datos es un juicio, no un hecho: indique la suposición (la tendencia continúa) y su debilidad. Efectos ya examinados: cambios en precipitaciones y rangos de especies, y — cerca de este curso — el efecto de la temperatura sobre las tasas enzimáticas en organismos ectotermos y ecosistemas completos.
Comprobación resuelta. El potencial de calentamiento del metano es aproximadamente 28× el del CO₂ por kg, pero dura ~12 años frente a siglos. Una fuga de una tonelada de metano importa 28× más que una de CO₂ esta década, pero disminuye mientras el CO₂ persiste — la aritmética del "potencial de calentamiento vs carga acumulada".
4.5
Evolución y especiación
Syllabus
Afirmaciones 5.23-5.26 (espec. p.32): la evolución como un cambio en la frecuencia de aleles provocado por mutación, selección (direccional y estabilizadora), flujo génico y deriva; el aislamiento reduce el flujo génico (geográfico = alopátrico; reproductivo = simpátrico) conduciendo a la especiación; interpretación de conclusiones científicas controvertidas (clima, evolución) según los estándares de evidencia; reforestación, recursos sostenibles y biocombustibles.
Fuente: Plan de estudios Cambridge International
La evolución es un cambio en la frecuencia alélica. Requiere variación (mutación, meiosis) y un filtro: la selección direccional desplaza la media cuando el ambiente cambia; la selección estabilizadora recorta los extremos en uno estable. La deriva cambia frecuencias por azar en poblaciones pequeñas; el flujo génico (migración) las mezcla nuevamente.
La especiación requiere aislamiento: alopátrico (una barrera física — alopátrico = tierra diferente) o simpátrico (aislamiento reproductivo en el mismo lugar — conductual, temporal o genético). Las poblaciones aisladas divergen hasta que ya no pueden cruzarse.
4.6
Cultivo de microorganismos
Syllabus
Afirmaciones 6.1-6.4 con Práctica Central 13 (espec. p.33): medios de cultivo (agar nutritivo, caldo); técnica aséptica en detalle; métodos para medir el crecimiento microbiano (recuentos celulares, turbidez, recuentos viables por dilución en placa); las cuatro fases de la curva de crecimiento bacteriana (latencia, logarítmica/exponencial, estacionaria, muerte) y la constante de tasa de crecimiento exponencial k; la Práctica Central 13 investiga la tasa de crecimiento en cultivo líquido mediante una curva de calibración.
Fuente: Plan de estudios Cambridge International
La técnica aséptica protege al operador y al cultivo: incinere la asa al rojo vivo, flamee los cuellos de los frascos, levante las tapas brevemente, selle las placas con cinta, e incube a 25 °C (nunca a temperatura corporal, para evitar que patógenos humanos se multipliquen). Mida el crecimiento mediante conteo celular directo (hemocitómetro), turbidez en caldo, o conteos viables por dilución en placa (colonias contadas × factor de dilución).
La curva de crecimiento: latencia (síntesis de enzimas), logarítmica (duplicación exponencial), estacionaria (muertes = divisiones), decrecimiento. La constante exponencial:
Comprobación resuelta. De $2\times10^4$ a $1.6\times10^7$ células en 5 horas: diferencia logarítmica $= 2.903$; $k = 2.903/(0.301\times5) = 1.93$ generaciones por hora — un tiempo de duplicación de aproximadamente 31 minutos.
4.7
Patógenos y barreras del organismo
Syllabus
Afirmaciones 6.5-6.7 (espec. p.33): comparación de estructuras bacterianas y virales (ácido nucleico, cápside, envoltura); rutas de infección (digestiva, respiratoria, contacto sexual, heridas, vector); barreras contra la infección (piel, moco, ácido gástrico, coagulación sanguínea); cómo Mycobacterium tuberculosis e HIV infectan y dañan el cuerpo, y cómo el HIV empeora la tuberculosis.
Fuente: Plan de estudios Cambridge International
Bacterias: pared celular, plásmidos, ribosomas, ADN circular, algunas con cápsula y flagelo. Virus: ácido nucleico (ADN o ARN) en una cápside, algunos con envoltura — sin orgánulos, sin metabolismo propio; secuestran células huésped. Mycobacterium tuberculosis infecta pulmones, sobreviviendo dentro de macrófagos; VIH destruye linfocitos T auxiliares, colapsando el sistema inmune y reactivando la TB — la enfermedad definitoria clásica del SIDA.
Las barreras llegan primero: piel, mucosidad y cilios, ácido estomacal, lisozima en lágrimas y la cascada de coagulación sellando heridas.
4.8
Respuesta inmune
Syllabus
Afirmaciones 6.8-6.12 (espec. p.34): respuestas no específicas (inflamación, lisozima, interferón); antígenos; respuesta humoral - células efectoras B diferenciándose en células plasmáticas que secretan anticuerpos, células B de memoria dando respuesta secundaria; respuesta celular - células T auxiliares, T citotóxicas y T de memoria; estructura del anticuerpo (cuatro cadenas polipeptídicas, sitio de unión variable) y complejo antígeno-anticuerpo; inmunidad natural y artificial, activa y pasiva; vacunación e inmunidad de rebaño; carrera evolutiva entre patógenos y hospedadores.
Fuente: Plan de estudios Cambridge International
No específica: inflamación (vasodilatación y fuga de líquido que trae fagocitos), fagocitosis, interferón. Específica: las antígenos la desencadenan:
Humoral: Las células efectoras B → células plasmáticas → anticuerpos; las células B de memoria permanecen para una respuesta secundaria más rápida y fuerte.
Celular: Las células T cooperadoras coordinan, las células T citotóxicas destruyen células infectadas, las células T de memoria persisten.
Un anticuerpo está formado por cuatro cadenas polipeptídicas (dos pesadas, dos ligeras) con una región variable que forma un sitio de unión específico — la forma que encaja con un antígeno. La inmunidad se divide en dos formas: activa (tus propios anticuerpos — infección natural o vacunación) vs pasiva (anticuerpos administrados — madre a bebé, suero); natural vs artificial en cada caso. La vacunación funciona también a escala poblacional (inmunidad de rebaño), pero los patógenos evolucionan contra ella: la carrera evolutiva.
Ejercicio resuelto. Una segunda dosis de vacuna produce niveles de anticuerpos diez veces superiores a los de la primera y en días en lugar de semanas: la selección clonal encuentra las células B de memoria, que se dividen rápidamente en células plasmáticas — la respuesta secundaria que construyó la primaria.
4.9
Antibióticos e infecciones adquiridas en el hospital
Syllabus
Afirmaciones 6.13-6.15 con Práctica Central 14 (espec. p.34): antibióticos bacteriostáticos vs bactericidas; cómo surge y se propaga la resistencia a antibióticos (selección); Práctica Central 14 investiga efectos de antibióticos en bacterias; cómo la comprensión de causas de infecciones nosocomiales (higiene, procedimientos invasivos, cepas resistentes) reduce su incidencia.
Fuente: Plan de estudios Cambridge International
Los antibióticos bacteriostáticos detienen el crecimiento bacteriano; los bactericidas las matan. La resistencia surge por mutación y se propaga por selección siempre que la exposición mate a los susceptibles y reserve a los resistentes — completar un curso y evitar el uso innecesario ambos lo retrasan. Las infecciones adquiridas en el hospital prosperan donde pacientes vulnerables, dispositivos invasivos y cepas resistentes coinciden; la higiene de manos, procedimientos estériles y el aislamiento de portadores rompen la cadena.
4.10
Descomposición, PCR, perfilado y hora de la muerte
Syllabus
Afirmaciones 6.16-6.20 (espec. pp.34-35): papel de los microorganismos en la descomposición y reciclaje de nutrientes; reacción en cadena de la polimerasa (desnaturalización, hibridación de primers, extensión) que amplifica el ADN; electroforesis en gel que separa fragmentos de ADN por longitud; perfilado de ADN para identificación y relaciones genéticas; determinación de la hora de la muerte mediante temperatura corporal, rigor mortis, grado de contracción muscular y sucesión de insectos en el cuerpo.
Fuente: Plan de estudios Cambridge International
Los descomponedores reciclan carbono y nitrógeno — el sistema de gestión de residuos del ecosistema. La reacción en cadena de la polimerasa cicla desnaturización (95 °C), hibridación de cebadores (50–60 °C) y extensión (72 °C), duplicando el ADN diana cada ciclo: $n$ ciclos producen $2^n$ copias. La electroforesis en gel arrastra fragmentos de ADN cargados negativamente a través del gel — los fragmentos cortos recorren mayor distancia. El perfil de posiciones de bandas identifica individuos (suficientes loci difieren entre personas no emparentadas) y mide parentesco (bandas compartidas).
La hora de la muerte se acota mediante cuatro relojes: temperatura corporal (desciende ~1 °C por hora, modificada por tamaño, vestimenta, aire), rigor mortis (se instaura y luego pasa), grado de descomposición y sucesión insectil sobre el cuerpo — la llegada de cada etapa marca temporalmente el intervalo.
Ejercicio resuelto. Un cuerpo encontrado con temperatura central de 22 °C en una habitación de 15 °C: $(37-22)/(1\ ^\circ\text{C per hour}) \approx 15$ horas — pero exponga las suposiciones (aire calmado, complexión media) antes de confiar en el cálculo.
4.10
Compruébalo tú mismo
Nombre los productos de las reacciones dependientes de la luz utilizados por el ciclo de Calvin.
Un cultivo fija 60 000 kJ m⁻² yr⁻¹ y los respiradores 20 000. Calcule el PNA y la energía que llega al tercer nivel trófico con una transferencia del 10 % en cada paso.
Explique por qué el espectro de acción es evidencia de que la clorofila lleva a cabo la fotosíntesis.
Distinga la selección direccional y la estabilizadora con un ejemplo de cada una.
Dé dos razones por las que una cadena alimentaria rara vez supera cinco niveles tróficos.
Un cultivo crece de $5\times10^3$ a $4\times10^6$ en 6 horas. Calcule k y el tiempo de duplicación.
Explique por qué una segunda dosis de vacuna eleva el título de anticuerpos mucho más rápido que la primera.
Enuncie la diferencia entre bacteriostático y bactericida, y por qué esta distinción importa para un paciente con sistema inmune débil.
Tres ciclos de PCR a partir de una plantilla de doble hebra: ¿cuántas copias hay?
La temperatura central de un cuerpo es de 30 °C. Estime el tiempo transcurrido desde la muerte bajo supuestos estándar y nombre un factor que extendería el intervalo real.
Respuestas: 1 ATP y NADP reducido; 2 PPN $= 40\,000$; tercer nivel $= 400\,\text{kJ m}^{-2}\text{yr}^{-1}$ (10 % de 4 000); 3 las longitudes de onda que absorbe mejor la clorofila son las que impulsan mejor la fotosíntesis; 4 direccional — resistencia a antibióticos desplazando la media; estabilizadora — pesos al nacer humanos; 5 energía perdida en cada paso por respiración/calor/excreción, por lo que queda poco; los productores también pierden energía por respiración antes de la primera transferencia; 6 diferencia logarítmica 2.903, $k = 2.903/(0.301\times6) = 1.61$ h⁻¹, duplicación ≈ 37 min; 7 células B de memoria persisten; el segundo encuentro selecciona clones que se dividen rápidamente en células plasmáticas — la respuesta secundaria; 8 bacteriostático detiene el crecimiento (el sistema inmune debe eliminarlo), bactericida mata directamente — un sistema inmune débil necesita apoyo bactericida; 9 $2^3 = 8$ copias; 10 $(37-30)/1 = 7$ horas; ropa pesada o una habitación cálida retrasan la enfriamiento, por lo que el tiempo real es más largo.
5
Respiración, Entorno Interno, Coordinación y Tecnología Génica
Sprint for a bus and your body performs a symphony: muscles burn glucose faster, the heart doubles its output, ventilation deepens, sweat starts, and the kidney re-tunes its water recovery — all controlled without a conscious thought. This unit follows that machinery: respiration at molecular scale, muscle and heart at tissue scale, nerves and hormones as the controllers, and gene technology as the modern window onto it.
WBI15 Respiration, Internal Environment, Coordination and Gene Technology is the second IA2 unit: 1 hour 45 minutes, 90 marks. It assesses Topic 7 (Respiration, Muscles and the Internal Environment) and Topic 8 (Coordination, Response and Gene Technology), and one 20-mark question is built on a pre-released scientific article — you will have studied it in advance.
5.1
Respiration: four stages, one purpose
Syllabus
Temario 7 afirmaciones 7.1-7.8 con Prácticas Centrales 15-16 (espec. pp.35-36). Reacción aeróbica global y respiración como proceso escalonado controlado por enzimas; glucólisis en el citoplasma (fosforilación de hexosas, fosforilación a nivel de sustrato de ATP, NAD reducido, piruvato; lactato en condiciones anaerobias); reacción de enlace y ciclo de Krebs en la matriz mitocondrial (descarboxilación, ATP, NAD reducido, FAD reducido); fosforilación oxidativa en las crestas - cadena de transporte de electrones bombeando iones hidrógeno al espacio intermembrana y quimiosmosis a través de la ATP sintasa, oxígeno como aceptor final de electrones; metabolismo de lactato tras ejercicio anaeróbico; cociente respiratorio CR = CO2 producido / O2 consumido para carbohidratos (1.0), lípidos (0.7) y proteínas (0.9); Prácticas Centrales 15-16 (respirometros y respiración con indicador artificial hidrocarbonatado).
Fuente: Plan de estudios Cambridge International
Respiration releases energy in steps, each catalysed by a specific enzyme. Aerobic respiration's summary:
electron transport chain pumps H⁺; chemiosmosis through ATP synthase; O₂ the final acceptor
most ATP
Anaerobic conditions stop the chain — reduced NAD cannot be recycled — so pyruvate accepts its hydrogen and becomes lactate 乳酸 in muscle. After exercise, lactate is carried to the liver and rebuilt into glucose (needing oxygen: the oxygen debt 氧债).
Respiratory quotient 呼吸商: $\mathrm{RQ} = \mathrm{CO_2}\ \text{produced} / \mathrm{O_2}\ \text{consumed}$. Carbohydrate 1.0, protein 0.9, lipid ≈ 0.7 — an organism's RQ reveals what it is burning.
Worked check. A respirometer shows 60 cm³ CO₂ produced and 60 cm³ O₂ consumed in the same interval: RQ = 1.0 — carbohydrate. A germinating seed with RQ 0.7 is burning lipid reserves.
5.2
Muscles: the sliding filament
Syllabus
Afirmaciones 7.9-7.11 (espec. p.36): interacción de músculos, tendones, esqueleto y ligamentos en el movimiento (el músculo tira del hueso a través de una articulación; tendones unen músculo a hueso; ligamentos mantienen huesos juntos); estructura de una fibra muscular esquelética (células multinucleadas fusionadas, miofibrillas de actina y miosina); teoría del filamento deslizante de contracción (iones calcio exponiendo sitios de unión, cabezas de miosina con ATP uniendo y tirando, deslizamiento de actina); fibras de contracción rápida y lenta y su adaptación al trabajo de sprint y resistencia.
Fuente: Plan de estudios Cambridge International
A tendon 肌腱 joins muscle to bone; a ligament 韧带 joins bone to bone across a joint; muscles work in antagonistic pairs. A skeletal muscle fibre is a fused, multinucleate cell packed with myofibrils 肌原纤维 of actin 肌动蛋白 y myosin 肌球蛋白.
Contraction is the sliding filament cycle: an action potential releases Ca²⁺; calcium exposes actin's binding sites; the energised myosin head (its ATP split) attaches, pulls the actin, then detaches when new ATP binds — thousands of heads per second, each stroke a few nanometres.
Fast-twitch fibres: thick, few mitochondria, quick and powerful, fatigue fast (sprinting). Slow-twitch: many mitochondria, rich blood supply, myoglobin — endurance.
5.3
The heart's own clock and the medulla's override
Syllabus
Afirmaciones 7.12-7.13, 7.15 con Práctica Central 17 (espec. p.36): la naturaleza miogénica del músculo cardíaco; cómo la actividad eléctrica del corazón se origina en el nódulo sinoatrial, pasa al nódulo auriculoventricular y a lo largo de las fibras de Purkinje; control de la frecuencia cardíaca y respiratoria por el centro de control cardiovascular y respiratorio en el bulbo raquídeo; gasto cardíaco = volumen sistólico × frecuencia cardíaca y su cálculo; variaciones en la ventilación y el gasto cardíaco durante el ejercicio; la Práctica Central 17 utiliza trazados de espirometría para investigar los efectos del ejercicio sobre el volumen tidal, la frecuencia respiratoria y la ventilación minuto.
Fuente: Plan de estudios Cambridge International
Cardiac muscle is myogenic 自主性的: it beats without nerve input. The sino-atrial node 窦房结 sets the pace; the wave spreads over the atria to the atrio-ventricular node, then along Purkyne fibres to the ventricles — atria contract first, ventricles a fraction later.
The cardiovascular control centre and the ventilation centre in the medulla oblongata 延髓 adjust both systems to demand: chemical receptors sense CO₂ and pH, baroreceptors pressure.
Worked check. At rest: 70 cm³ × 72 min⁻¹ ≈ 5.0 dm³ min⁻¹. During exercise: 120 cm³ × 150 min⁻¹ = 18 dm³ min⁻¹ — the table the exam loves. Ventilation rises in step, read from spirometer traces (tidal volume × breathing rate = minute ventilation 每分钟通气量).
5.4
Homeostasis and feedback
Syllabus
Afirmaciones 7.14, 7.16-7.17 (espec. p.36): homeostasis como mantenimiento del medio interno en equilibrio dinámico; retroalimentación negativa manteniendo variables dentro de límites estrechos (y retroalimentación positiva amplificando el cambio); los roles del sistema nervioso autónomo, la adrenalina en la respuesta de lucha o huida, y el hipotálamo en la termorregulación (vasodilatación, sudoración, escalofríos, vasoconstricción, erección del vello).
Fuente: Plan de estudios Cambridge International
Homeostasis 稳态 holds the internal environment in dynamic equilibrium — not stillness, but variables oscillating inside narrow limits. Retroalimentación negativa 负反馈 corrects deviations in either direction (the thermostat pattern); positive feedback 正反馈 amplifies them (a spiral, not a loop — as in an action potential or fever runaway).
Thermoregulation runs through the hypothalamus 下丘脑: heat loss by vasodilation and sweating; heat conservation by vasoconstriction, shivering and hair erection. Adrenaline 肾上腺素 prepares the fight-or-flight response — heart rate, blood glucose and airways all respond together.
5.5
The kidney: filter, reabsorb, fine-tune
Syllabus
Afirmaciones 7.18-7.21 (espec. pp.36-37): la estructura macroscópica y microscópica del riñón mamífero (córtex, médula, pelvis; nefrona con glomérulo, cápsula de Bowman, túbulo contorneado proximal, asa de Henle, conducto colector); ultrafiltración (alta presión desde la arteriola aferente, podocitos, membrana basal) y reabsorción selectiva en el TCP (glucosa, aminoácidos, algunos sales y agua); el asa de Henle y el gradiente de potencial hídrico en la médula; ADH de la hipófisis aumentando la permeabilidad al agua del conducto colector; producción de urea en el hígado a partir de exceso de aminoácidos (desaminación, no se requiere el ciclo de ornitina en detalle).
Fuente: Plan de estudios Cambridge International
Blood enters the nephron 肾单位's glomerulus at high pressure — the afferent arteriole is wider than the efferent — and small molecules are forced through podocytes and the basement membrane into Bowman's capsule 肾小囊 (ultrafiltration: everything except cells and large proteins). The proximal convoluted tubule 近曲小管 reabsorbs all glucose and amino acids plus most salts and water (active transport then osmosis). The loop of Henle 亨勒环 builds a water-potential gradient down the medulla by countercurrent multiplication. The collecting duct 集合管 makes the final decision: ADH 抗利尿激素 from the pituitary inserts aquaporins so more water is reabsorbed — concentrated urine when dehydrated, dilute when not.
Excess amino acids are deaminated 脱氨 in the liver; the toxic ammonia becomes urea 尿素 for excretion.
Worked check. ADH present → collecting duct walls permeable → water leaves down the gradient into the medullary blood → small volume, concentrated urine. Alcohol suppresses ADH — large volume, dilute.
5.6
Switching genes: transcription factors and epigenetics
Syllabus
Afirmación 7.22 (espec. p.37): cómo los genes se encienden y apagan mediante factores de transcripción que se unen al ADN (incluyendo hormonas esteroideas que entran en las células para actuar como factores de transcripción); epigenética: metilación del ADN y modificación de histonas que apagan genes y sus consecuencias (ej. silenciamiento de supresores tumorales, imprinting de Prader-Willi); el operón lac como modelo de regulación génica cuando corresponda.
Fuente: Plan de estudios Cambridge International
A transcription factor 转录因子 binds a gene's promoter and switches transcription on or off. Steroid hormones diffuse through the membrane and act as transcription factors themselves — one gene can serve several tissues. Epigenetics 表观遗传学 silences genes without changing the base sequence: methylation 甲基化 of DNA and modification of histones (acetylation) pack the DNA out of the transcription machinery's reach. Failures matter: a methylated tumour-suppressor gene cannot hold cell division in check; imprinting errors explain Prader–Willi syndrome.
5.7 5.8
Nerve impulses and synapses
Syllabus
Afirmaciones 8.1-8.7 (espec. pp.37-38): la estructura de neuronas sensoriales, de relevo y motoras; el potencial de reposo mantenido por la bomba sodio-potasio; cómo surge un potencial de acción (despolarización, umbral todo-o-nada, repolarización, periodo refractario); conducción a lo largo de axones no mielínicos y conducción saltatoria en axones mielínicos; estructura y función de las sinapsis (liberación de neurotransmisores, unión a receptores, unidireccionalidad); cómo los fármacos influyen en los impulsos nerviosos en las sinapsis (agonistas, inhibidores, bloqueo de recaptación de ISRS).
Afirmaciones 8.8-8.10 (espec. p.38): la organización del sistema nervioso mamífero (SNC = cerebro y médula espinal; SNP, dividido en somático y autónomo, simpático y parasimpático); cómo los receptores detectan estímulos (células fotorreceptoras y conos en la retina, fotorreceptores, termorreceptores, quimiorreceptores, barorreceptores, propioceptores, nociceptores); el arco reflejo espinal (sustancia gris y blanca) y su vía de tres neuronas; habituación como disminución de la respuesta a un estímulo repetido.
Fuente: Plan de estudios Cambridge International
The resting neurone pumps Na⁺ out and K⁺ in (the sodium-potassium pump 钠钾泵), holding an interior at about −70 mV. A stimulus past umbral 阈值 (about −55 mV) opens sodium channels: an all-or-nothing 全或无 action potential spikes to +30 mV, then potassium channels repolarise; the período refractario 不应期 prevents backward travel and sets a maximum frequency.
In myelinated 有髓 neurones the impulse jumps node to node (saltatory conduction 跳跃传导) — far faster. At the synapse 突触, calcium entry triggers vesicles of neurotransmitter to fuse with the presynaptic membrane; the transmitter diffuses and binds postsynaptic receptors; enzymes then clear the gap. Drugs act here: SSRIs block serotonin re-uptake, so the signal persists; lidocaine blocks sodium channels; ecstasy (MDMA) floods the cleft with serotonin then depletes it.
The nervous system divides: CNS (brain, spinal cord) and PNS — somatic (voluntary) and autonomic (involuntary; sympathetic accelerates, parasympathetic calms). Receptors are transducers: rods (dim light, many per bipolar cell — sensitivity), cones (colour, one-to-one — acuity), plus thermoreceptors, chemoreceptors, baroreceptors, nociceptors 伤害感受器 (pain). The spinal reflex arc 反射弧 passes sensory → relay → motor neurone in the cord's grey matter — fast, involuntary, protective. Habituation 习惯化 is a decreasing response to a repeated harmless stimulus.
5.9
Plants: light and growth switches
Syllabus
Afirmaciones 8.11-8.12 con Práctica Central 18 (espec. p.38): cómo el fitocromo (Pr absorbiendo luz roja y Pfr absorbiendo luz infrarroja lejana) controla la floración y la germinación; auxinas (IAA) y giberelinas en el crecimiento y germinación (elongación celular, inducción enzimática en la capa aleurónica); investigación práctica de respuestas vegetales con la Práctica Central 18 y la práctica adicional recomendada sobre habituación.
Fuente: Plan de estudios Cambridge International
Phytochrome 光敏色素 flips between Pr (absorbs red) and Pfr (absorbs far-red); sunlight's red bias leaves Pfr dominant, controlling germination and flowering by day length. Auxin 生长素 elongates cells by acidifying walls; gibberellins 赤霉素 induce enzymes (amylase in the aleurone layer) that mobilise starch in germination.
5.10
The brain and its chemistry
Syllabus
Afirmaciones 8.13-8.16 (espec. pp.38-39): coordinación a través de sistemas nervioso y hormonal; ubicación y funciones de hemisferios cerebrales, hipotálamo, hipófisis, cerebelo y bulbo raquídeo; formación e usos de imágenes de resonancia magnética, RMF, TC y PET; desequilibrios en neurotransmisores (dopamina en Parkinson, serotonina en depresión) y cómo el conocimiento de la química cerebral fundamenta tratamientos farmacológicos (L-Dopa cruzando la barrera hematoencefálica).
Fuente: Plan de estudios Cambridge International
Landmarks and jobs: cerebral hemispheres 大脑半球 (voluntary, thought), cerebellum 小脑 (coordination, balance), hypothalamus y pituitary 垂体 below them (homeostasis, hormones), medulla oblongata (heart, breathing). MRI shows structure; fMRI shows activity via oxygenated-blood flow; CT fast structural scans; PET metabolism with radioactive tracers.
Chemistry first: Parkinson's is a dopamine 多巴胺 deficit — treated with L-Dopa, which crosses the blood-brain barrier and is converted to dopamine in the brain. Low serotonin links to depression — the target of SSRIs.
5.11 5.12
Gene technology
Syllabus
Afirmaciones 8.17-8.19 (espec. p.39): producción de fármacos usando organismos genéticamente modificados (insulina de bacterias, proteínas humanas de animales GM); producción de ADN recombinante - enzimas de restricción cortando en sitios de reconocimiento con extremidades pegajosas, ligasa de ADN uniendo, vectores plasmídicos con genes marcadores; transformación de células huésped (choque térmico, electropermeabilización); selección de genes marcadores.
Afirmaciones 8.20-8.21 (espec. p.39): microarrays para identificar genes activos (hibridación de ARNm); el término bioinformática y su uso en comparar secuencias de ADN entre especies e individuos; riesgos y beneficios de organismos transgénicos en agricultura y medicina; aplicaciones como hormona de crecimiento humana recombinante y cebras fluorescentes.
Fuente: Plan de estudios Cambridge International
Recombinant DNA 重组DNA: a restriction enzyme 限制性内切酶 cuts DNA at its recognition sequence, leaving sticky ends 黏性末端; the human gene (made without introns from mRNA) is spliced into a plasmid 质粒 with DNA ligase 连接酶; the plasmid transforms host bacteria; marker genes (antibiotic resistance or fluorescence) select the cells that took it up. Scale up in a fermenter and the bacteria secrete human insulin 胰岛素 — cleaner and safer than extracting from pigs. GM animals make human proteins in milk; risks and benefits of GM crops (resistance, yields versus gene flow to wild relatives) are the standard evaluation.
Microarrays 微阵列 identify active genes: sample mRNA hybridises to complementary probes on the chip; spots that fluoresce mark genes being transcribed. Bioinformatics 生物信息学 compares sequences across species and individuals — how relatedness is now measured.
5.11 5.12
Verifícate
Name the stage of respiration occurring in the mitochondrial matrix and one of its inputs.
A runner's muscles produce lactate. Explain why, and what happens to the lactate afterwards.
Myosin heads cannot detach without ATP. Explain what this means for muscles after death.
Calculate cardiac output for stroke volume 85 cm³ and heart rate 140 min⁻¹.
Explain why the afferent arteriole is wider than the efferent arteriole.
State two differences between negative and positive feedback, with one example of each.
Why does myelination increase conduction speed?
An axon's threshold is −55 mV. A stimulus moves it to −60 mV. What happens, and why?
Red light converts phytochrome to which form?
Explain why L-Dopa is given instead of dopamine itself.
A microarray spot fluoresces strongly. What does that show?
Why must the human insulin gene be made from mRNA rather than from genomic DNA when inserting into bacteria?
Answers: 1 the link reaction (or Krebs cycle) — input pyruvate (or acetyl); 2 oxygen is short so reduced NAD is recycled by reducing pyruvate to lactate; afterwards lactate goes to the liver and is converted back to glucose, using oxygen; 3 without ATP the myosin stays bound to actin — rigor mortis; 4 $85 \times 140 = 11\,900\ \text{cm}^3\,\text{min}^{-1} = 11.9\ \text{dm}^3\,\text{min}^{-1}$; 5 the pressure difference drives ultrafiltration of plasma into Bowman's capsule; 6 negative returns a variable toward its set point (thermoregulation); positive pushes it further away (fever rising); 7 the impulse jumps between nodes of Ranvier instead of depolarising the whole membrane — fewer, bigger steps; 8 nothing — threshold is not reached, so no action potential (all-or-nothing); 9 Pfr; 10 dopamine cannot cross the blood-brain barrier but L-Dopa can, and is converted to dopamine inside the brain; 11 that gene was being actively transcribed — its mRNA was present and hybridised; 12 bacteria cannot splice introns, so the gene must come from mature mRNA that already lacks them.