細胞からシステムへ
一つの細胞が多数になり、多数の細胞が組織、器官、システムとなり、すべてのシステムは同じ3つの役割を果たす——体が必要とするものを取り込み、必要な場所へ運び、体が必要としないものを除去することである。このセクションはIGCSE生物学の核心であり、細胞と分子、物質の膜透過、植物および人間の栄養、呼吸、ガス交換、輸送、排泄、調整に関するものである。
Edexcel International GCSE Biology 4BI1, Section 2 (statements 2.1–2.95) はコース最大のセクションであり、両紙の長問すべてに寄与する。B接尾辞付きのstatementは別科学（生物学のみ）の拡張内容であり、ダブルアワード学生は文字なしのコア内容を学ぶ。
組織化と細胞
組織化は上方向に進む：organelles（小器官） → cells（細胞） → tissues（組織） → organs（器官） → systems（システム）。
| Structure | Function |
|---|---|
| Nucleus（核） | DNAを保持し、細胞を制御する |
| Cytoplasm（細胞質） | 反応が行われる場所 |
| Cell membrane（細胞膜） | 出入り来控制する |
| Cell wall（細胞壁：植物） | 強度（セルロースによる） |
| Mitochondria（ミトコンドリア） | 呼吸でエネルギーを放出する |
| Chloroplasts（クロロプラスト：植物） | 光合成のために光を吸収する |
| リボソーム | タンパク質合成 |
| 液胞 | 水と溶解物を貯蔵する（植物では大きく永続的） |
2.5B 特異的な細胞は細胞分化によって形成されます。2.6B 幹細胞は損傷した細胞を修復できます。利点：麻痺や白血病などの治療；欠点：胚に関する倫理的懸念、拒絶反応のリスク、無制御な分裂。
生体分子と酵素
炭水化物にはC、H、Oが含まれます。タンパク質にはNが加わります。脂質はC、H、Oからなり、酸素は非常に少ないです。大きな分子は小さな単体の鎖です：_simple sugars_からのデンプンとグリコーゲン、アミノ酸からのタンパク質、脂肪酸とグリセロールからの脂質。 2.9 食品検査：グルコース — ベネディクト試薬（加熱、青 → 赤茶色）、デンプン —ヨウ素（黄褐色 → 黒青色）、タンパク質 — ビュレット試薬（青 → 紫色）、脂肪 — エタノール乳濁液（白く濁った層）。
酵素 は生体触媒です：代謝反応を速くしますが、消耗しません。各酵素には基質が fit する活性部位があります。最適温度以上または最適pH以外では、活性部位の形が変わり（変性）、酵素は機能しなくなります。実用的な 2.12/2.14B の例として、ヨウ素を用いて異なる温度やpHでのアミラーゼによるデンプンの消化がある。
細胞への物質の移動と排出
拡散 は粒子が高濃度から低濃度へ向かう純粋な移動（酸素の血液への取り込み）。浸透 は水の半透膜を介した拡散で、希薄溶液から濃縮溶液へ向かう movement。能動輸送 は呼吸によるエネルギーを使って勾配に逆らって物質を移動させる（根毛細胞への無機イオンの取り込み）。速度は表面積対体積比、濃度勾配、温度の上昇とともに増加し、距離の増加とともに減少する。
栄養
花植物。 光合成は光エネルギーを化学エネルギーに変換して、ブドウ糖に蓄える：
制限因子：二酸化炭素濃度、光強度、温度 — 各々は他の因子が制限されるまで速度を上げる。マグネシウムイオンはクロロフィルの構成要素（欠乏で葉が黄色になる）、硝酸イオンはアミノ酸の構成要素。 2.23：池草は酸素放出を示す；ヨウ素検査は、光を遮断、CO₂、またはクロロフィルを遮断した後に葉のデンプンを調べる。
ヒト。 バランスの取れた食事：炭水化物、タンパク質、脂質、ビタミンA（暗適応）、C（結合組織）、D（カルシウム吸収）、カルシウム（骨）、鉄（ヘモグロビン）、水、食物繊維。活動、成長（年齢）、妊娠に伴いエネルギー必要量は増大する。消化管 — 口腔 → 食道 → 胃 → 十二指腸および回肠 → 結腸と直腸、膵臓が酵素を供給 — 蠕運動によって食物を運ぶ。消化：アミラーゼとマルターゼ（デンプン → グルコース）、プロテアーゼ（タンパク質 → アミノ酸）、リパーゼ（脂質 → 脂肪酸 + グリセロール）。胆汁（肝臓で作られ、胆嚢に貯蔵）は胃酸を中和し、脂質を小滴に乳化させる。回腸の壁は絨毛に折りたたまれており、巨大な表面積、1細胞厚の壁、密集した毛細血管網を持つ — 吸収のために設計されている。
呼吸とガス交換
*呼吸はブドウ糖からエネルギーを放出してATPを作り出し、筋収縮、タンパク質合成、能動輸送のエネルギー源となる。好氧性呼吸：ブドウ糖＋酸素→二酸化炭素＋水（記号式：C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O）。嫌気性呼吸（酸素なし）：動物ではブドウ糖→乳酸（エネルギーが少ない、酸素負債）、植物および酵母ではブドウ糖→エタノール＋二酸化炭素。
植物（2.40B–2.45B）。ガスは気孔を通じた拡散によって移動する；葉の平たい形状、空気隙、薄く湿った表面は光合成と同じようにガス交換に寄与する。昼間は光合成が呼吸を上回るため、正味の交換はCO₂の取り込みとO₂の排出となり、夜間には呼吸のみが継続される（正味のO₂の取り込みとCO₂の排出）。水素炭酸塩指示薬で確認できる：CO₂がある場合（暗所）でオレンジ色→黄色、CO₂が少ない場合（強い光）でオレンジ色→紫色。
ヒト(2.46–2.50)。胸腔：肋骨、肋間筋、横隔膜、気管 → 主気管支 → 末梢気管支 → 肺胞、すべて胸膜内。吸気時：肋間筋と横隔膜が収縮し、胸腔容積が増加し、圧力が低下して空気が流入する。喫煙は肺胞を損傷させ（肺気腫）、動脈を閉塞し、冠動脈性心疾患のリスクを高める。
循環
単細胞生物は拡散だけで適応しており、すべての部分が表面に近い。多細胞生物は輸送系を必要とする。
植物。 木部は根から葉へ水と無機イオンを運搬し、篩部は葉と植物の他の部分の間でスクロースやアミノ酸を運ぶ。B-拡張：根毛細胞は浸透によって水を吸収する；蒸散作用は水分の蒸発であり、主に気孔を通じて行われ、低湿度、強風、高温、強い光の条件下で速くなる。
ヒト。 血液：血漿（CO₂、消化された栄養物、尿素、ホルモン、熱を運搬）、赤血球（双凹円盤状、核なし、酸素のための大きな表面積と短い拡散距離を持つヘモグロビンで満たされている）、白血球（食胞性細胞が病原体を取り込み；リンパ球が特異的な抗体を放出）、および血小板（凝固、B-拡張；ワクチン接種により記憶細胞が形成される、B-拡張）。
心臓の右側は血液を肺へ、左側は体を向けて送り出す；運動とアドレナリンは心拍数を上げる。動脈は高い圧力で血液を体から遠ざけて運ぶ（厚く弾性のある壁）、静脈は低い圧力で血液を戻す（広い管腔、弁あり）、毛細血管は物質交換を行う（細胞1層分の壁）。冠動脈疾患のリスク因子には喫煙、高脂肪食、運動不足が含まれる。
排泄
植物は気孔を通じて廃棄物O₂とCO₂を放出する。ヒトはCO₂（肺）、尿素＋水＋イオン（腎臓—尿も汗に含まれる）を排泄する。B-拡張：腎臓は腎小球で血液をろ過する（Bowman嚢→糸球体；超ろ過；近位曲管で全てのグルコースが選択的に再吸収；ADHの下で集合管からの水の再吸収—浸透圧調節）。尿液には水、尿素、イオンが含まれ、泌尿系は腎臓→尿管→膀胱→尿道へと続く。
調整と反応
恒常性は内部環境（水分量、温度）を一定に保つ。協調した反応には刺激 → 受容器 → 効果器が必要である。植物は光（光屈性）と重力（地屈性）に応答する—茎は光の方へ、根は下方向へ成長し、これらは茎の影になった側に蓄積するオーキシンによって制御される。
神経による制御は電気的であり、速く持続時間が短い；ホルモンによる制御は血液中の化学的であり、遅く持続時間が長い。CNS（脳と脊髄）は神経によって感覚器官と接続され、シナプスでは神経伝達物質がニューロン間の信号を渡す。
目はレンズ形状の変化（近いもの：より湾曲）によって焦点を合わせ、瞳孔を通じて光に応答する。皮膚の温度調節：発汗は蒸発によって冷却する；血管拡張は熱を失う；血管収縮は熱を保持する。ホルモン：アドレナリン（副腎—戦うか逃げるか反応）、インスリン（膵臓—血糖値を下げる）、テストステロン（精巣）、プロゲステロンおよびエストロゲン（卵巣）；B-拡張にはADH（下垂体）、FSHおよびLH（下垂体—月経周期）が含まれる。
自己チェック
- 大きさの順に並べよ：細胞、器官、小器官、系、組織。
- 植物細胞が持つが動物細胞にない構造を2つ挙げよ。また、動物細胞が持ち、多くの植物細胞にない構造を1つ挙げよ。
- タンパク質、デンプン、脂質を構成する小さな単位の名前を答えよ。
- ベネディクト溶液、ヨウ素試液、ビュレット反応の色変化を述べよ。
- 酵素を最適温度よりずっと高く加熱すると、なぜ機能しなくなるのか。
- 拡散、浸透、能動輸送の違いをそれぞれ1文で述べよ。
- 光合成と好氧性呼吸の平衡な記号方程式を書け。
- 光合成に適応した葉の2つの特徴と、ガス交換に適応した肺胞の2つの特徴を挙げよ。
- 単細胞生物が輸送系なしに生存できる理由を述べよ。
- 動脈、静脈、毛細血管の壁の厚さ、管腔の大きさ、機能を比較せよ。
- 尿細管（B）を液体が流れる過程で、ブドウ糖、水、尿素がどうなるかを概説せよ。
- 反射弧の経路を述べ、反射の利点として1つ挙げよ。
答え: 1 小器官 → 細胞 → 組織 → 臓器 → 系; 2 セルロース壁と葉緑体（および大きな固定液胞）; 動物細胞には多くのミトコンドリアが含まれる; 3 アミノ酸; 単糖; 脂肪酸とグリセロール; 4 ベネディクト試薬の青色 → グルコースを加熱するとレンガ色に; ヨウ素液の黄色褐色 → デンプンで青黒色に; ビュレット試薬の青色 → タンパク質で紫色に; 5 活性部位が変形（変性）し、基質が結合できなくなる; 6 拡散 — 濃度勾配に沿った正味の移動; 浸透 — 水のみ、半透過膜を介して; 能動輸送 — 濃度勾配に逆らってエネルギーを用いる; 7 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂ (光、クロロフィル); C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O; 8 葉: 広い平面と葉緑体が詰まった柱状細胞（または気孔や空隙）; 肺胞: 1細胞層の薄い壁と極めて広い表面積（湿潤な表面、毛細血管網）; 9 体積に対する表面積が大きく、拡散がすべての部分に十分に速く到達するため; 10 動脈 — 厚い筋層、狭い管腔、高圧で血液を運ぶ; 静脈 — 薄い壁、広い管腔、弁があり、低圧で血液を戻す; 毛細血管 — 1細胞層の薄い壁、物質交換; 11 (B) 近位曲管でグルコースが選択的に再吸収され血液に戻り、尿細管 collecting duct から水分はADHによって調節されて再吸収される。尿素は再吸収されず、水分やイオンと共に尿として排出される; 12 刺激 → 受容器 → 感覚神経線維 → 連絡神経線維（CNS）→ 運動神経線維 → 効果器; 反射は迅速かつ自動的であり、損傷が生じる前に体を保護する。