Pearson Edexcel · International A-Level · Biology

Um glóbulo vermelho que deixa seus pulmões carrega oxigênio na hemoglobina, percorre uma artéria, espreme-se por um capilar mais estreito que ele mesmo, libera o oxigênio a uma célula respirando e retorna por uma veia. Cada estrutura nessa jornada é construída com as moléculas que esta unidade introduz, e cada questão de exame sobre o tema pede para você conectar estrutura a função.

WBI11 Moléculas, Dieta, Transporte e Saúde é a primeira unidade IAS: prova escrita de 1 hora 30 minutos, 80 pontos, todos obrigatórios. Avalia o Tema 1 (Moléculas, Transporte e Saúde) e o Tema 2 (Membranas, Proteínas, DNA e Expressão Gênica). Espere questões de dados sobre estudos de saúde, cálculos em notação científica e respostas extensas que nomem estruturas e expliquem mecanismos.

A água é o meio de transporte porque é um solvente polar. Em uma molécula de água, o oxigênio atrai os elétrons compartilhados com mais força que o hidrogênio: cada ligação O–H tem uma extremidade ligeiramente negativa no O e uma ligeiramente positiva no H. Essa é a natureza dipolar da água. Cargas opostas entre moléculas vizinhas formam ligações de hidrogênio, e partículas polares ou carregadas (glicose, íons sódio, aminoácidos) dissolvem-se porque aglomerados de água se formam ao redor delas.

Carboidratos são unidos e quebrados por duas reações:

• Condensação remove uma molécula de água à medida que uma ligação glicosídica se forma entre dois açúcares.
• Hidrólise adiciona água novamente e quebra essa ligação.

Duas moléculas de glicose condensam para formar maltose; glicose mais frutose dá sacarose; glicose mais galactose dá lactose. Cadeias longas formam polissacarídeos: amilose (ligada por 1,4, enrola-se em hélice, compacta), amilopentina e glicogênio (ambos cadeias de 1,4 com ramificações de 1,6; o glicogênio é o reservatório animal no fígado e músculo). Ramificação significa muitas extremidades de cadeia, permitindo liberação rápida de glicose; a hélice permite armazenar muita energia em pouco espaço.

Prática Central 1: estimativa de concentração de açúcar e amido

Açúcares redutores reduzem o reagente azul de Benedict ao aquecer, formando um precipitado vermelho-tijolo. Para estimar uma concentração desconhecida, compare a cor contra padrões de concentração conhecida ou leia a solução em um colorímetro.

Exemplo resolvido. Padrões de 0, 0.5, 1, 2 e 4 % de glicose fornecem absorbâncias de 0.02, 0.09, 0.18, 0.35, 0.64. Uma amostra desconhecida resulta em 0.58. Na seção linear, cada 1 % adiciona aproximadamente 0.16 de absorbância, logo a desconhecida está próxima de $0.58/0.16 \approx 3.6\%$. Ler além dos padrões (extrapolando após 4 %) é menos confiável do que medir dentro deles — um ponto que os examinadores gostam que você mencione. A iodina torna-se azul-negra com amido; a intensidade do azul-negro fornece a mesma espécie de estimativa para o amido.

Um triglicerídeo é uma glicerol mais três ácidos graxos, unidos por três reações de condensação que formam ligações éster. Ácidos graxos saturados não possuem ligações C=C: cadeias retas empacotam-se próximas, por isso gorduras animais são sólidas à temperatura ambiente. Ácidos insaturados têm uma ou mais duplas ligações que dobram a cadeia, o empacotamento é mais solto e óleos são líquidos. Lipídios armazenam mais energia por grama que carboidratos porque estão mais reduzidos.

A difusão suprém células apenas algumas décimas de milímetro de espessura. Um organismo grande precisa de transporte em massa: uma bomba e tubulações que levam suprimento e removem resíduos de cada célula. Os três tipos de vasos correspondem a três funções:

O coração mamífero é duas bombas em um órgão. O lado direito envia sangue aos pulmões; o lado esquerdo, com a parede ventricular mais espessa, envia sangue ao corpo. Átrios recebem; ventrículos liberam. As artérias coronárias nutrem o próprio músculo cardíaco — o bloqueio delas causa um infarto.

O ciclo cardíaco

Uma batida tem três fases. A sístole atrial esprime o último sangue nos ventrículos. A sístole ventricular eleva a pressão ventricular acima da arterial, as válvulas semilunares se abrem e o sangue é expelido. A diástole relaxa o músculo, a pressão cai, as válvulas semilunares fecham-se de golpe (segundo som cardíaco) e as câmaras se enchem das veias.

Leia a figura como quer um avaliador: o estado das válvulas é decidido pela diferença de pressão, nunca por uma instrução. As válvulas atrioventriculares abrem quando a pressão atrial excede a ventricular; as válvulas semilunares abrem quando a pressão ventricular excede a pressão aórtica.

A hemoglobina é uma proteína de quatro cadeias polipeptídicas, cada uma dobrada ao redor de um grupo heme transportando um íon Fe²⁺ que liga uma molécula de O₂ — quatro no total. Ligar o primeiro oxigênio altera a forma de toda a molécula e facilita as ligações seguintes: a ligação cooperativa confere à curva de dissociação do oxigênio seu formato de S raso-que-íngreme.

Nos pulmões (alta pO₂), a curva se aplaina perto de 100 % de saturação. Em tecidos em repouso, perto de 1–2 kPa, a curva é íngreme, então uma pequena queda na pO₂ libera uma grande quantidade de oxigênio — exatamente onde é necessário. Quando os tecidos respiram intensamente, liberam mais dióxido de carbono; íons de hidrogênio ligam-se à hemoglobina e deslocam toda a curva para a direita (o efeito de Bohr), forçando ainda mais oxigênio a ser liberado nos tecidos mais ativos.

Exercício resolvido. Na pO₂ 2 kPa, a curva normal indica cerca de 30 % de saturação e a curva deslocada cerca de 15 % — a hemoglobina retém apenas cerca de um terço do oxigênio naquela pressão parcial, assim a maioria de seus quatro sítios é liberada ao tecido mais cedo.

A aterosclerose começa com danos ao endotélio que reveste uma artéria. A resposta inflamatória cresce, lipoproteínas de baixa densidade invadem, músculo liso e tecido conjuntivo formam uma placa, a artéria estreita e endurece, e um coágulo pode finalmente bloqueá-la ou soltar-se.

A coagulação em si é uma cascata. Os danos liberam tromboplastina, que (com íons de cálcio) converte a proteína plasmática solúvel protrombina na enzima trombina; a trombeta converte o fibrinogênio solúvel na malha insolúvel de fibrina que apronta plaquetas e células.

A pressão arterial é relatada como sistólica sobre diastólica. Hipertensão, tabagismo, alto colesterol LDL no sangue, dieta, inatividade, idade, gênero e genética são fatores de risco — e eles multiplicam, não somam: dois riscos moderados podem importar mais que um risco severo.

Lendo dados de risco à saúde

As questões 8 e 9 de todo prova vivem aqui. Quatro hábitos cobrem quase todos os pontos:

• Correlação não é causalidade. Duas variáveis se movendo juntas podem compartilhar uma causa oculta, ou a ligação pode ser obra do acaso.
• Avalie o estudo: Qual era a amostra? Como foi selecionada? O que foi controlado? Foi cega? Existem confundidores como idade ou tabagismo?
• Faça a aritmética com cuidado: mudança percentual, razões em notação padrão, taxas per capita.
• Pergunte quem ou o que está faltando: não respondentes, estudos não publicados, linhas extrapoladas.

Exercício resolvido. Um estudo encontra correlação entre doença periodontal e dano endotelial. Antes de afirmar que uma causa a outra, você precisaria de um mecanismo, um padrão dose-resposta e confundidores (dieta, tabagismo, idade) excluídos — e a pergunta "os grupos foram pareados para pressão arterial?" é exatamente uma questão de confundidor.

O equilíbrio energético determina a massa corporal. Sobrepeso e obesidade são triados por IMC (massa em kg dividida pela altura em metros ao quadrado; 18.5–24.9 é a faixa saudável) e índice cintura-quadril (ICQ). Gordura saturada na dieta eleva o LDL-colesterol no sangue; gorduras insaturadas e fibras solúveis o reduzem.

Exemplo resolvido. Uma mulher de massa 74 kg e altura 1.66 m: IMC $= 74 / 1.66^2 = 74/2.76 = 26.8$ — apenas na faixa de sobrepeso. Cintura 84 cm e quadris 98 cm dão IQR $= 84/98 = 0.86$.

Todos os tratamentos trazem riscos além dos benefícios:

• Anti-hipertensivos (beta-blockers, inibidores da ECA, diuréticos) reduzem a pressão arterial.
• Estatinas (por exemplo, simvastatina) bloqueiam uma enzima hepática na síntese de colesterol, fazendo com que as células absorvam LDL do sangue.
• Anticoagulantes (warfarina) e medicamentos antiplaquetários (aspirina) reduzem a coagulação, aumentando o risco de sangramento.

Uma questão que pede para "discutir" exige ambos os lados mais um julgamento fundamentado nos dados fornecidos.

Toda superfície de troca é uma membrana realizando trocas controladas. O modelo mosaico fluido é a imagem aceita: uma bicamada fosfolipídica (fluida porque as caudas deslizam), salpicada de proteínas intrínsecas que atravessam a bicamada (canais, carreadores), proteínas extrínsecas, colesterol que regula a fluidez, e glicoproteínas e glicolipídios para reconhecimento.

Quatro rotas de transporte:

• Difusão — movimento líquido a favor do gradiente de concentração, sem ATP.
• Difusão facilitada — a favor do gradiente através de um canal ou proteína carreadora.
• Transporte ativo — contra o gradiente, impulsionado por ATP, através de proteínas carreadoras que mudam de forma.
• Osmose — água movendo-se de potencial hídrico maior para menor através de uma membrana semipermeável. Endocitose e exocitose movem material volumoso em vesículas.

Para difusão, a lei de Fick: a taxa é proporcional à (área de superfície × diferença de concentração) ÷ distância de difusão. Superfícies de troca gasosa atendem aos três critérios: grande área, gradiente mantido e parede de uma ou duas células de espessura. É por isso que alvéolos, capilares e brânquias de peixes têm essa aparência.

Um aminoácido possui um grupo amino, um grupo carboxila, um hidrogênio e um grupo R ligados a um carbono central; dois se ligam por uma ligação peptídica em reação de condensação. A estrutura primária é a sequência; ligações de hidrogênio enrolam-na na secundária; novas ligações de hidrogênio, iônicas e dissulfeto dobram a terciária; cadeias separadas se montam na quaternária — hemoglobina é o exemplo clássico.

Uma enzima é uma proteína cujo sítio ativo encaixa em uma única forma de substrato. A ligação não é rígida: o modelo de ajuste induzido envolve flexão tanto da molécula quanto do sítio até tornarem-se complementares. É por isso que temperatura e pH alteram a taxa — atuam sobre a estrutura terciária — e por que o sítio ativo é específico.

Inibidores competitivos ligam-se ao sítio ativo e são superados quando a concentração de substrato aumenta; inibidores não competitivos ligam-se a outro local e deformam o sítio, fazendo com que a taxa caia independentemente da concentração.

Verificação trabalhada. A Q10 é citada em 2.4: entre 10 °C e 20 °C a taxa é 2.4 vezes mais rápida; entre 45 °C e 55 °C o mesmo fator significa que a enzima desnaturada está colapsando a uma taxa crescente. A Q10 apenas descreve; não explica.

Um mononucleotídeo é um pentose (desoxirribose ou ribose), um fosfato e uma base nitrogenada. A condensação entre o fosfato e o açúcar de vizinhos forma uma cadeia mantida por ligações fosfodiéster. O DNA possui duas cadeias antiparalelas: A pareia com T (duas ligações de hidrogênio), G com C (três), torcidas em uma dupla hélice.

A replicação é semiconservativa: a helicase desenrola as duas cadeias, cada uma serve como molde, e a DNA polimerase une nucleotídeos livres na direção 5' para 3'. Meselson e Stahl cultivaram bactérias primeiro em nitrogênio pesado ¹⁵N e depois leve ¹⁴N; após uma geração todo o DNA tinha densidade intermediária, após duas gerações metade era leve — exatamente o previsto pela replicação semiconservativa e proibido pelas alternativas.

Um gene é uma sequência de bases que codifica uma sequência de aminoácidos. O código é um código de tripletes: três bases por aminoácido. É não sobreposto (lido em grupos sucessivos), degenerado (a maioria dos aminoácidos tem vários códons, então algumas mutações são silenciosas) e carrega códons de início e fim.

Verificação trabalhada. Um gene de 300 pares de bases codificando uma proteína de 99 aminoácidos mais um códon de parada: $99 \times 3 + 3 = 300$. ✓

Transcrição: a RNA polimerase liga-se ao gene, usa uma das fitas como molde e constrói ARNmRNA. Tradução: no citoplasma, um ribossomo lê os códons do ARNm, e moléculas de ARNtRNA cujos anticódons se pareiam com esses códons entregam aminoácidos em ordem; ligações peptídicas unem-nos.

Mutações surgem de erros na replicação. Uma substituição troca uma base: um aminoácido muda ou nada muda (degeneração). Uma inserção ou deleção adiciona ou remove uma base e altera toda a moldura de leitura após ela — um deslocamento de moldura — geralmente destruindo a proteína.

A fibrose cística é o modelo do curso: a deleção de três bases remove uma fenilalanina da proteína CFTR, falhando o transporte de cloreto, o muco permanece espesso e as vias aéreas entope. O alelo é recessivo: portadores são saudáveis. Rastreamento genético pode identificar portadores, testar embriões (diagnóstico genético pré-implantacional) ou fetos (amniocentese, amostragem de vilos coriais). Questões de rastreamento sempre envolvem ética: quem é testado, quem é informado, o que acontece com um resultado positivo.

1. Explique por que a amilopectina libera glicose mais rápido que a amilose, referindo-se às ligações e extremidades das cadeias.
2. Calcule o IMC de um homem de 91 kg e 1.83 m de altura e classifique-o.
3. Durante a sístole ventricular, quais válvulas estão abertas e quais fechadas, e por quê?
4. A saturação de oxigênio em 4 kPa cai de aproximadamente 60 % para cerca de 34 % quando o CO₂ aumenta. Explique a causa molecular.
5. Descreva a cascata de coagulação em ordem, desde o dano endotelial até a fibrina.
6. Um estudo relata que pessoas que consomem mais iogurte têm menos ataques cardíacos. Liste três verificações antes de acreditar em uma afirmação causal.
7. Explique por que um inibidor competitivo reduz a taxa em baixa concentração de substrato, mas não em concentração muito alta.
8. Meselson e Stahl descartaram a replicação conservativa. Qual observação, após uma geração, fez isso?
9. Uma mutação de deslocamento de moldura geralmente é pior que uma substituição. Explique por quê, usando as palavras triplete e degenerado.
10. Cite dois benefícios e dois riscos do rastreamento genético para portadores de fibrose cística.

Respostas: 1 muitos pontos de ramificação 1,6 fornecem muitas extremidades de cadeia para enzimas atacarem simultaneamente; 2 $91/1.83^2 = 27.2$, sobrepeso; 3 válvulas atrioventriculares fechadas, semilunares abertas, porque a pressão ventricular excede a da aorta mas não a das câmaras superiores; 4 íons de hidrogênio do CO₂ ligam-se à hemoglobina, alterando sua forma e reduzindo a afinidade por oxigênio (efeito Bohr); 5 o dano expõe colágeno, plaquetas e células danificadas liberam tromboplastina, tromboplastina + Ca²⁺ converte protrombina em trombeta, trombeta converte fibrinogênio em fibrina, malha de fibrina aprisiona células; 6 tamanho da amostra e seleção, fatores de confusão como idade/exercício/alimentação, comparação cega, mecanismo ou resposta dose-resposta; 7 o inibidor compete pelo sítio ativo, então em concentrações muito altas de substrato quase todo impacto no sítio é com o substrato; 8 após uma rodada todo o DNA formou uma única banda intermediária — a replicação conservativa prevê uma banda pesada e uma leve; 9 um deslocamento de quadro altera todos os tripletos após a mutação, resultando em sequência aminoacídica diferente em toda a proteína a partir desse ponto, enquanto a degenerescência permite que muitas substituições não causem mudanças; 10 benefícios — planejamento familiar informado, tratamento ou mudança de estilo de vida mais cedo; riscos — ansiedade, discriminação por seguradoras ou empregadores, falsos positivos ou negativos.

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.

A eukaryotic 真核 cell is a set of specialised compartments:

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.

Magnification 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.

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:

• Independent assortment 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).
• Crossing over 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.

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.

The 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.

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).

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.

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

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.

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).

The 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:

$q^2$ = 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.

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 $1 \times 10^4$ to $4 \times 10^7$ 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.

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).

You have pipetted Benedict's onto glucose, squashed a root tip, and rinsed beetroot until the water ran clear. WBI13 asks you to write about exactly that work: why each step was done, what makes it fair, how the numbers are turned into tables and graphs, and what the result honestly shows. Nothing in the paper is new theory — it is Units 1 and 2 seen through the eyes of someone who actually did the practicals.

WBI13/01 Practical Skills in Biology I is the third IAS unit: 1 hour 20 minutes, 50 marks, all compulsory, usually three long questions built on core-practical contexts. Calculators and rulers are required. The specification lists what is assessed: solving problems in practical contexts, commenting on design and methods, presenting data, evaluating results with reference to uncertainties 不确定度 and errors, identifying variables, plotting and interpreting graphs, processing data with the mathematical skills of Appendix 6, knowing the apparatus and techniques, and planning an investigation to test a hypothesis 假设.

A question word to respect: justify — every step must be paired with the reason it makes the data valid (rinsing beetroot removes pigment from cut surfaces, so measured absorbance reflects membrane leakage, not slicing damage).

The independent variable 自变量 is what you deliberately change (presence or concentration of trifluralin; alcohol concentration). The dependent variable 因变量 is what you measure (percentage of cells in each mitotic stage; absorbance of leaked pigment). Everything else that could affect the dependent variable is a control variable 控制变量, kept the same with a reason: temperature, because it changes membrane fluidity and enzyme action; volume of solution, because it dilutes pigment differently. Say the variable and the reason — the mark scheme needs both.

A control treatment 对照处理 is a whole treatment left unchanged (solvent with no trifluralin; water instead of methanol) so that any difference can be attributed to the independent variable alone. Repeat readings give reliability, a mean, and a measure of spread; they do not remove a systematic error 系统误差 such as a balance zero error, which shifts every reading the same way.

The paper's contexts come from these. Know each method, its measurements and its pitfalls.

For Core Practical 9, aseptic technique protects you and the culture: work near a Bunsen updraught, open plates briefly, tape (do not seal) lids, incubate below human body temperature so pathogens cannot multiply.

The specification's planning list is your mark scheme. A full-credit plan names: the apparatus; the independent, dependent and controlled variables (each control with its reason); how each variable is measured with the appropriate instrument and technique; whether repeats are appropriate; the safety issues and how they are dealt with; how the data will be used (table headings planned, graph type chosen); and the sources of uncertainty or systematic error with how each is reduced.

Safety in biology is about the specific risk and the specific control: methanol is flammable, so keep it from flames; bacteria are cultured at low temperature so human pathogens do not grow; sharp scalpels cut away from the body.

Choose the instrument that matches the quantity: a graticule for microscope lengths, a ruler for bench lengths, a colorimeter for colour intensity, a stopwatch for time, a syringe or graduated pipette for small volumes. Quote only the figures the instrument supports: a ruler graduated in millimetres gives a length to the nearest millimetre, with an absolute uncertainty 绝对不确定度 of ± half a division (± 0.5 mm) or ± one division by the conservative course convention — state which you use.

Percentage uncertainty 百分比不确定度 $=$ (absolute uncertainty $\div$ measurement) $\times 100\%$. For a product or quotient of independent measurements, add the percentage uncertainties; for a difference, add the absolute uncertainties first. Significant figures 有效数字: the scheme rejects over-claimed precision — 12.67 % from data given to 4 significant figures is accepted, 12.70 is not, because the final digit invents precision the inputs do not have.

A table earns its marks by rule: each column headed with quantity and unit (permeability / a.u.), units never written inside cells, all data entered exactly, and no units or units-symbols invented for arbitrary instrument readings — the paper supplies a.u. (arbitrary units). Draw the table before entering values so nothing is squeezed in.

Graph rules earn marks the same way: axes labelled with quantity and unit, the independent variable on the x-axis, a scale that uses most of the grid without awkward fractions, no broken axis, points plotted with a sharp cross, and the right form — a bar chart 柱状图 for categoric treatments (bars not touching), a line graph 折线图 for a continuous variable. A best-fit line or curve shows the trend; joining every dot claims a pattern the data may not have.

A gradient 梯度 comes from a large triangle drawn on the best-fit line, at least half the line's length: gradient $= \Delta y / \Delta x$, with the y-unit and x-unit divided out in the answer. Read values off the line (not a data point) when interpolating.

The percentage family recurs every year. Percentage change: $\dfrac{\text{final} - \text{initial}}{\text{initial}} \times 100\%$. Percentage difference (the 2025 formula): difference $\div$ mean of the two values $\times 100\%$. From a bar chart, percentage of cells in a stage $\times$ total cells $=$ cells in that stage — 80 % of 98 cells is 78.4, which reports as 78 cells, because 0.4 of a cell does not exist.

Worked check. Highest cassava region 33.65, lowest 29.64 g per 100 g. Difference $= 33.65 - 29.64 = 4.01$. Mean $= (33.65 + 29.64)/2 = 31.645$. Percentage difference $= 4.01 \div 31.645 \times 100 = 12.67\%$ (2 s.f. acceptable: 13 %; never 12.70 %).

An anomalous result 异常值 is a reading inconsistent with the others — a point far from the line — checked by repeating that treatment, not silently deleted. Improvements must be realistic and named: a colorimeter instead of colour matching (quantitative, removes judgement); zeroing on plain solvent (removes a systematic offset); more concentrations within the range tested (narrows interpolation); repeating to compute a mean and standard deviation 标准差 (SD), standard error or range, then drawing error bars 误差线. To extend a study to variability between organisms, repeat on different individuals under the same conditions — not more measurements on the same one — then report a mean and a named measure of spread.

State the conclusion inside the measured range: a graph is evidence for the model between the first and last data points, and a zero intercept or an unexpected offset is information about the method or the model, not a nuisance.

This unit examines written practical skills. A full-mark answer here does not show that you carried out aseptic technique cleanly, focused a microscope patiently, or squashed a root tip without smearing it — the practical experience itself is developed in class while studying Units 1 and 2, and only written evidence is assessed here. Practise the real practicals; then describe them.

1. In a trifluralin investigation, state the independent variable and explain why some seedlings were placed in solvent without trifluralin.
2. List, in order, the steps for preparing and examining a root-tip squash, naming one acceptable stain.
3. 98 cells are seen; 80 % are in metaphase. How many cells is that? Why is your answer a whole number?
4. Highest region 33.65 and lowest 29.64 g per 100 g of tissue. Calculate the percentage difference using the mean of the two values.
5. A student's beetroot method reads: "cut pieces, put in alcohol, measure colour." Add the three justifications the mark scheme most needs.
6. Which graph type for: (a) permeability of four named liquids; (b) permeability against time over 20 hours?
7. Explain the difference between a quantitative and a semi-quantitative result, with one example of each from the core practicals.
8. State two things repeat readings improve and one thing they cannot remove.
9. Describe how to extend a starch-variability study from one cassava root to many, naming a statistic you would report.
10. Why is 12.70 % rejected when 12.67 % is accepted, in a percentage-difference answer?

Answers: 1 presence (or concentration) of trifluralin; the solvent-only treatment is a control, so any change can be attributed to trifluralin rather than the solvent; 2 cut 4–5 mm of root tip, warm dilute acid, rinse, stain (e.g. Toluidine blue or acetic orcein), squash under a coverslip, scan then count on high power; 3 $0.80 \times 98 = 78.4 \approx 78$ cells, because a fraction of a cell cannot be observed; 4 difference 4.01, mean 31.645, $4.01/31.645 \times 100 = 12.67\%$; 5 equal-sized pieces so surface area does not change pigment loss; rinse first so absorbance reflects membrane leakage not cut damage; a named control variable with reason (e.g. temperature — it affects membrane permeability); 6 (a) bar chart, (b) line graph; 7 quantitative gives an objective measured value (DCPIP volume; colorimeter absorbance), semi-quantitative gives an estimate by judgement against standards (colour matching in Benedict's); 8 reliability and an estimate of spread (mean, SD); a systematic error such as a zero offset; 9 measure roots grown under the same conditions, repeat measurements across different roots, report the mean with SD (or standard error/range/error bars); 10 the input data justify 4 significant figures but not the fourth decimal place invented by rounding up — the scheme accepts 12.67 (or 13), penalising over-claimed precision.

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).

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

Limiting factors 限制因素: light intensity, CO₂ concentration, temperature. A greenhouse raises the weakest of the three — and exam answers say which and why.

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:

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.

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".

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.

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 ($N \approx \text{first catch} \times \text{second catch} / \text{marked recaptures}$).

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".

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.

Speciation 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.

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:

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

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.

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: active 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.

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.

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.

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 $5\times10^3$ to $4\times10^6$ 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.

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.

Respiration releases energy in steps, each catalysed by a specific enzyme. Aerobic respiration's summary:

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.

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 and 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.

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).

Homeostasis 稳态 holds the internal environment in dynamic equilibrium — not stillness, but variables oscillating inside narrow limits. Negative feedback 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.

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.

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.

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 threshold 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 refractory period 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.

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.

Landmarks and jobs: cerebral hemispheres 大脑半球 (voluntary, thought), cerebellum 小脑 (coordination, balance), hypothalamus and 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.

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.

1. Name the stage of respiration occurring in the mitochondrial matrix and one of its inputs.
2. A runner's muscles produce lactate. Explain why, and what happens to the lactate afterwards.
3. Myosin heads cannot detach without ATP. Explain what this means for muscles after death.
4. Calculate cardiac output for stroke volume 85 cm³ and heart rate 140 min⁻¹.
5. Explain why the afferent arteriole is wider than the efferent arteriole.
6. State two differences between negative and positive feedback, with one example of each.
7. Why does myelination increase conduction speed?
8. An axon's threshold is −55 mV. A stimulus moves it to −60 mV. What happens, and why?
9. Red light converts phytochrome to which form?
10. Explain why L-Dopa is given instead of dopamine itself.
11. A microarray spot fluoresces strongly. What does that show?
12. 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.

WBI16 é o último exame de Biologia que você fará, e parece nenhum outro: uma questão pode apresentar uma tabela estatística meio incompleta, outra pede para projetar toda uma investigação a partir de uma hipótese que você não escolheu. Tudo vem do trabalho prático das Unidades 4 e 5 — respirometria, espirometria, quadrantes, placas de diluição — mas agora você deve planejar, medir, apresentar, testar e concluir com profundidade de IA2.

WBI16/01 Habilidades Práticas em Biologia II tem duração de 1 hora 20 minutos, 50 pontos, todos obrigatórios. A lista avaliada do programa corresponde à da Unidade 3, com uma diferença de ênfase: planejar investigações completas, analisar dados e avaliar resultados e metodologia — uma questão de planejamento de 16 pontos encerra a prova, e estatísticas entram: desvios padrão, hipóteses nulas e coeficiente de correlação com valores críticos.

A questão final (2025: programas de condicionamento físico e tempo de recuperação) pontua em blocos nomeados — responda na mesma ordem. Ética: consentimento informado dos voluntários; ninguém é forçado a participar. Segurança: esterilizar ou substituir a boquilha entre os alunos (infecção); verificar se os voluntários estão saudáveis o suficiente para o exercício. Método, nove pontos: dois grupos (com e sem o programa de condicionamento); a variável dependente declarada como o tempo para a frequência respiratória e o volume corrente retornarem aos valores de repouso; aparelhos usados em detalhes — cal soda no canister, pinça nasal, praticar respirações primeiro; encontrar os valores de repouso primeiro; o mesmo exercício padronizado para todos; duas variáveis de controle e o método de controle para uma delas; repetições que fornecem médias e desvios padrão. Registro e análise: uma tabela de tempos brutos com cabeçalhos e unidades das quais as médias são calculadas; um gráfico de barras do tempo médio de recuperação por grupo (dois grupos) testado com t-test t, ou um gráfico de linha/dispersão (vários níveis de condicionamento) testado com teste de correlação. Limitações: a vida dos voluntários fora do experimento não pode ser totalmente controlada; dificuldades com o aparelho (vazamentos, cal soda esgotada, respiração anormal através de uma boquilha).

A amostragem aleatória tem um método: dispor uma grade sobre a área, gerar pares de coordenadas aleatórias (números aleatórios, ou números tirados de uma bolsa), e só então visitar esses pontos com o quadrante. Dizer "amostrar aleatoriamente" não rendeu pontos. Registre as variáveis abióticas importantes — pH do solo, umidade, minerais, intensidade luminosa, estação — e controle o que puder escolhendo locais parecidos. A magnificação de uma fotografia é imagem ÷ real: uma minhoca de 5.0 cm em uma fotografia e 13.5 cm reais dá ×0.37 — fotografias podem ser menores que a vida.

Uma gota de suspensão de solo contém bactérias demais para contar, então o placamento em diluição justifica cada etapa: diluir seriamente a cultura (1 parte + 9 partes água, repetido) porque amostras cruas são muito numerosas para contagem; espalhar um volume conhecido em ágar para formar uma monocamada para que as bactérias fiquem separadas em colônias individuais; incubar por tempo e temperatura fixos para que as colônias se tornem visíveis; working asépticamente para evitar contaminação e erros de contagem. Contar a placa com 30–300 colônias e multiplicar pelo fator de diluição.

A fórmula é fornecida; a habilidade é completar a tabela. Para cinco locais com massas 18.1, 19.7, 16.2, 13.8, 17.1 g (média 17.0): cada desvio $(X - \bar{X})$ é elevado ao quadrado — 1.21, 7.29, 0.64, 10.24, 0.01 — somados $\sum(X-\bar{X})^2 = 19.39$, divididos por $n - 1 = 4$:

Para comparar dois grupos, plotar média ± DP (barras de erro): se as barras não se sobrepõem, a diferença é provavelmente significativa — corretamente, um teste t decide.

Hipótese nula: "não há correlação entre a porcentagem de óleo restante e o tempo armazenado." Ranquear ambas as variáveis (maior = 1), encontrar cada diferença $d$ e elevá-la ao quadrado, então:

Comparar a magnitude (0.857, ignorar o sinal para a comparação) com o valor crítico em $p = 0.05$ para $n = 7$ (0.786). O valor calculado excede o crítico, portanto rejeitar a hipótese nula: há uma correlação negativa significativa entre óleo restante e tempo. Escrever todas as três frases — comparação, rejeição, conclusão.

Escolhendo o teste: diferença entre médias de dois grupos → teste t (gráfico de barras); associação entre duas variáveis mensuradas → correlação (diagrama de dispersão ou gráfico linear). Nunca um teste t em uma questão de correlação.

O gráfico de decaimento do óleo é um gráfico linear — tempo é contínuo — com eixos rotulados e unidades (dias; média % de óleo restante), escalas lineares, pontos plotados exatamente e uma única linha de melhor ajuste. A leitura no dia 90 (0.65 %) está acima de todos os vizinhos: ela é anômala. O melhor ajuste a ignora; você verifica repetindo essa amostragem, nunca deletá-la silenciosamente.

Assim como na Unidade 3: um plano escrito perfeito não demonstra que você realizou técnica aséptica, leu um traçado de espirometro ao vivo ou lidou com organismos eticamente na sala. Those competências são construídas em aula enquanto se estuda Unidades 4 e 5; esta prova examina o raciocínio por trás delas.

1. Nomeie dois transportadores artificiais de hidrogênio utilizáveis em CP15 e declare o que acontece à sua cor quando a levedura respira.
2. Escreva uma hipótese nula para: "o número de bactérias no solo aumenta à medida que o petróleo bruto é decomposto."
3. Masses 18.1, 19.7, 16.2, 13.8, 17.1 g. Calcule $\sum(X-\bar{X})^2$ e o desvio padrão.
4. Postos dão $\sum d^2 = 104$ com $n = 7$. Calcule $r_s$ e declare a conclusão contra o valor crítico 0.05 0.786.
5. Na tabela de decaimento do óleo, qual leitura é anômala e quais duas coisas você faz sobre ela?
6. Declare duas variáveis abióticas (não temperatura) afetando um estudo de minhocas e um método de controle.
7. Um plano compara tempos de recuperação de dois grupos. Qual gráfico e qual teste estatístico? O que muda se cinco níveis de aptidão física forem comparados?
8. Dê os dois pontos éticos/de segurança que o plano do espirometro deve incluir antes de qualquer trabalho prático.
9. Justifique "diluir seriamente a cultura" e "espalhar em ágar para formar uma monocultura" na placa de diluição.
10. Um minhoca tem 13.5 cm de comprimento e aparece com 5.4 cm em uma fotografia. Calcule o aumento.

Respostas: 1 TTC, azul de metileno ou DCPIP; perdem cor (descoloram) ao aceitarem hidrogênio/elétrons da respiração; 2 não há correlação entre o número de bactérias e a quantidade de petróleo bruto degradado (ou seja, o coeficiente de correlação é zero); 3 desvios −0.1…; $\sum(X-\bar{X})^2$ = 1.21 + 7.29 + 0.64 + 10.24 + 0.01 = 19.39; $s = \sqrt{19.39/4} = 2.2$ g; 4 $r_s = 1 - 624/336 = -0.857$; 0.857 > 0.786, rejeite a hipótese nula: correlação negativa significativa; 5 o valor do dia 90 (0.65 %): a reta de melhor ajuste o ignora, e ele é verificado repetindo aquela medição; 6 qualquer dois de pH do solo, umidade, minerais, intensidade luminosa, estação; controle ex.: meça a umidade do solo em cada local e compare apenas locais pareados; 7 gráfico de barras das médias e teste t; com cinco níveis, um gráfico de dispersão/linha e teste de correlação; 8 consentimento informado dos voluntários (sem coação); esterilize ou substitua a peça bucal para prevenir infecção; 9 a diluição reduz o número de bactérias porque a amostra bruta tem muitas demais para contar; a monocultura separa as bactérias individuais para que cada uma forme uma colônia contável; 10 $5.4/13.5 = 0.40$ (×0.4).