Uploaded by indermohan singh

Dot-Point-VCE-Biology-Units-3-4-Sample

advertisement
VCE BIOLOGY UNITS 3 AND 4
• Kerri Humphreys •
© Science Press 2017
First published 2017
Science Press
Private Bag 7023 Marrickville NSW 1475 Australia
Tel: +61 2 9516 1122 Fax: +61 2 9550 1915
sales@sciencepress.com.au
www.sciencepress.com.au
All rights reserved. No part of this publication
may be reproduced, stored in a retrieval system,
or transmitted in any form or by any means,
electronic, mechanical, photocopying, recording
or otherwise, without the prior permission of
Science Press. ABN 98 000 073 861
Contents
Words to Watch
iv
Introduction
v
Dot Points
Unit 3 How Do Cells Maintain Life?
vi
Unit 4 How Does Life Change and Respond to Challenges Over Time?
vii
Questions
Unit 3 How Do Cells Maintain Life?
1
Unit 4 How Does Life Change and Respond to Challenges Over Time?
149
Answers
Unit 3 How Do Cells Maintain Life?
252
Unit 4 How Does Life Change and Respond to Challenges Over Time?
304
Appendix
Index339
Science Press
Dot Point VCE Biology Units 3 and 4
iii
Contents
Words to Watch
account, account for State reasons for, report on,
give an account of, narrate a series of events or
transactions.
examine Inquire into.
analyse Interpret data to reach conclusions.
extrapolate Infer from what is known.
annotate Add brief notes to a diagram or graph.
hypothesise Suggest an explanation for a group of
facts or phenomena.
explain Make something clear or easy to understand.
extract Choose relevant and/or appropriate details.
apply Put to use in a particular situation.
assess Make a judgement about the value of
something.
identify Recognise and name.
calculate Find a numerical answer.
clarify Make clear or plain.
investigate Plan, inquire into and draw conclusions
about.
classify Arrange into classes, groups or categories.
justify Support an argument or conclusion.
comment Give a judgement based on a given
statement or result of a calculation.
label Add labels to a diagram.
compare Estimate, measure or note how things are
similar or different.
measure Find a value for a quantity.
construct Represent or develop in graphical form.
plan Use strategies to develop a series of steps or
processes.
interpret Draw meaning from.
list Give a sequence of names or other brief answers.
outline Give a brief account or summary.
contrast Show how things are different or opposite.
predict Give an expected result.
create Originate or bring into existence.
propose Put forward a plan or suggestion for
consideration or action.
deduce Reach a conclusion from given information.
define Give the precise meaning of a word, phrase or
physical quantity.
recall Present remembered ideas, facts or
experiences.
demonstrate Show by example.
relate Tell or report about happenings, events or
circumstances.
derive Manipulate a mathematical relationship(s) to
give a new equation or relationship.
describe Give a detailed account.
represent Use words, images or symbols to convey
meaning.
design Produce a plan, simulation or model.
select Choose in preference to another or others.
determine Find the only possible answer.
sequence Arrange in order.
discuss Talk or write about a topic, taking into account
different issues or ideas.
show Give the steps in a calculation or derivation.
distinguish Give differences between two or more
different items.
solve Work out the answer to a problem.
draw Represent by means of pencil lines.
suggest Put forward an idea for consideration.
estimate Find an approximate value for an unknown
quantity.
summarise Give a brief statement of the main points.
sketch Make a quick, rough drawing of something.
state Give a specific name, value or other brief answer.
synthesise Combine various elements to make a
whole.
evaluate Assess the implications and limitations.
Science Press
Words to Watch
iv
Dot Point VCE Biology Units 3 and 4
Introduction
What the book includes
This book provides questions and answers for each dot point in the Victorian Certificate of Education
Study Design for each core topic in the Year 12 Biology syllabus:
Unit 3 How Do Cells Maintain Life?
•
Area of Study 1 How Do Cellular Processes Work?
•
Area of Study 2 How Do Cells Communicate?
Unit 4 How Does Life Change and Respond to Challenges Over Time?
•
Area of Study 1 How Are Species Related?
•
Area of Study 2 How Do Humans Impact On Biological Processes?
•Area of Study 3 P
ractical Investigation – There are activities and practical investigations placed
within Area of Study 1 and Area of Study 2 that can be used to develop the
student investigation.
Format of the book
The book has been formatted in the following way:
1.1 Subtopic from syllabus.
1.1.1
Assessment statement from syllabus.
1.1.1.1 First question for this assessment statement.
1.1.1.2 Second question for this assessment statement.
The number of lines provided for each answer gives an indication of how many marks the question might be
worth in an examination. As a rough rule, every two lines of answer might be worth 1 mark.
How to use the book
Completing all questions will provide you with a summary of all the work you need to know from the syllabus.
You may have done work in addition to this with your teacher as extension work. Obviously this is not covered,
but you may need to know this additional work for your school exams.
When working through the questions, write the answers you have to look up in a different colour to those you
know without having to research the work. This will provide you with a quick reference for work needing further
revision.
Science Press
Dot Point VCE Biology Units 3 and 4
v
Introduction
Unit 3 How Do Cells Maintain Life?
Dot Point
Page
Dot Point
Area of Study 1 How Do Cellular
Processes Work?
Page
1.6
Cellular respiration
80
1.6.1
The purpose of cellular respiration.
80
1.6.2
Glycolysis.
81
1.1
Plasma membranes
5
1.6.3
Mitochondria.
82
1.1.1
The fluid mosaic model.
5
1.6.4
84
1.1.2
Cellular organelles.
11
The Krebs cycle and electron transport chain.
1.1.3
Endocytosis.
13
1.6.5
Anaerobic cellular respiration.
88
1.6.6
Factors that affect cellular respiration.
91
1.2
Nucleic acids and proteins 15
1.2.1
Nucleic acids code for proteins.
15
1.2.2
Protein diversity and the proteome.
16
1.2.3
Four levels of protein structure.
20
1.2.4
Polypeptide synthesis and condensation polymerisation.
26
1.2.5
The structure of DNA.
28
1.2.6
Gene expression, transcription and translation.
35
1.3
Gene structure and regulation
43
1.3.1
Area of Study 2 How Do Cells
Communicate?
2.1
Cellular signals.
95
2.1.1
Animal hormones, neurotransmitters, cytokines and pheromones.
95
2.1.2
Signal transduction.
103
2.1.3
The difference in hydrophilic and hydrophobic signals and receptors.
105
2.1.4
Apoptosis.
106
Structural genes and regulatory genes. 43
2.1.5
Malfunctions in apoptosis.
108
1.3.2
Stop/start instructions, promoter regions, exons and introns.
44
2.2
Responding to antigens
109
1.3.3
The lac operon in prokaryotes.
48
2.2.1
Non-self antigens, self antigens and allergens.
109
1.4
Structure and regulation of biochemical pathways
51
2.2.2
Pathogens and barriers.
110
1.4.1
Enzymes as protein catalysts.
51
2.2.3
The innate immune response.
122
1.4.2
Enzyme action, inhibition and control factors.
52
2.2.4
The lymphatic system.
126
2.2.5
The adaptive immune response.
128
1.4.3
Cycling of coenzymes.
65
2.3
Immunity
134
1.5
Photosynthesis
67
2.3.1
Natural and artificial immunity.
134
1.5.1
The purpose of photosynthesis.
67
2.3.2
Vaccination programs.
135
1.5.2
Chloroplasts.
68
2.3.3
Malfunctions of the immune system.
139
1.5.3
Light dependent and light independent reactions.
71
2.3.4
Monoclonal antibodies and cancer.
146
1.5.4
Factors that affect the rate of photosynthesis.
74
Answers to How Do Cells Maintain Life?
252
Science Press
Dot Points
vi
Dot Point VCE Biology Units 3 and 4
Unit 4 How Does Life Change and Respond to Challenges Over Time?
Dot Point
Page
Dot Point
Area of Study 1 How Are Species
Related?
Page
Area of Study 2 How Do Humans
Impact On Biological Processes?
1.1
Changes in the genetic make-up of a population
153
1.1.1
Allele frequencies in gene pool and mutations.
153
1.1.2
Processes of evolution.
168
1.1.3
Manipulation of gene pools and selective breeding.
172
1.2
Changes in biodiversity over time
174
1.2.1
Life forms in Earth’s geological history.
174
1.2.2
Evidence of change.
181
1.2.3
Divergent and convergent evolution, 191
extinctions.
1.3
Determining relatedness between 200
species
1.3.1
Molecular homology.
200
1.3.2
Phylogenetic trees.
205
1.3.3
Evolution of novel phenotypes, beak formation.
211
1.4
Human change over time
213
1.4.1
Primates, hominoids, hominins.
213
1.4.2
Hominin evolution from Australopithecus to Homo.
219
1.4.3
The human fossil record.
226
2.1
DNA manipulation
231
2.1.1
The use of enzymes.
231
2.1.2
Amplification of DNA using PCR.
234
2.1.3
Gel electrophoresis.
236
2.1.4
Recombinant plasmids.
238
2.2
Biological knowledge and society
239
2.2.1
Gene cloning, genetic screening, DNA profiling.
239
2.2.2
Genetically modified and transgenic organisms.
243
2.2.3
Strategies for new diseases.
245
2.2.4
Rational drug design.
247
2.2.5
Antibiotics and antiviral drugs.
249
Answers to How Does Life Change And Respond to Challenges Over Time?
304
Science Press
Dot Point VCE Biology Units 3 and 4
vii
Dot Points
DOT POINT
Unit 3
How Do Cells Maintain Life?
Science Press
Dot Point VCE Biology Units 3 and 4
1
Unit 3 How Do Cells Maintain Life?
DOT POINT
AREA OF STUDY 1
How Do Cellular Processes Work?
Science Press
Dot Point VCE Biology Units 3 and 4
3
Unit 3 How Do Cells Maintain Life?
1.1
Plasma membranes.
1.1.1
The fluid mosaic model of the structure of the plasma membrane and the movement of
hydrophilic and hydrophobic substances across it based on their size and polarity.
1.1.1.1
What is the name of the current model of a plasma membrane and when was it first proposed?
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
1.1.1.2
Draw a labelled diagram of a plasma membrane.
1.1.1.3
Outline the roles of the plasma membrane.
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
1.1.1.4
Distinguish between hydrophilic and hydrophobic and relate this to the structure of a phospholipid.
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
Science Press
Dot Point VCE Biology Units 3 and 4
5
Unit 3 How Do Cells Maintain Life?
1.1.1.5
What is an amphipathic molecule?
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
1.1.1.6
Draw a phospholipid and describe its basic structure in membranes.
Phospholipid
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
1.1.1.7
Explain why phospholipids form bilayers in water.
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
1.1.1.8
Explain how the hydrophobic and hydrophilic regions of phospholipids affect the transport of materials
across the plasma membrane.
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
1.1.1.9
Distinguish between integral proteins, peripheral proteins and glycoproteins.
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
Science Press
Unit 3 How Do Cells Maintain Life?
6
Dot Point VCE Biology Units 3 and 4
1.1.1.10
Explain why a phospholipid bilayer is stable, yet fluid and identify the factors that affect fluidity.
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
1.1.1.11
Complete the table to summarise the permeability of the plasma membrane.
Type of molecule
Permeability
Examples
Hydrophobic
Small polar
Large polar
Ions and charged
particles
1.1.1.12
Use your understanding of the structure of the plasma membrane to explain why it is important to
place tissues or organs to be used in medical procedures in a solution with the same osmolarity as the
cytoplasm.
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
Science Press
Dot Point VCE Biology Units 3 and 4
7
Unit 3 How Do Cells Maintain Life?
1.1.1.13
Complete the table to summarise some of the roles of membrane proteins.
Role
Channel proteins
for passive
transport
Diagram
Description of function
Channel protein
Carrier protein
for facilitated
diffusion
Carrier protein
Carrier proteins
for active
transport
Carrier protein
Enzymes
Membrane bound
enzymes
Active sites
Attachment to
adjacent cells
Tight junction
Recognition site
Cell identification
Glycoprotein
Hormone
Hormone binding
sites
Science Press
Unit 3 How Do Cells Maintain Life?
8
Dot Point VCE Biology Units 3 and 4
1.1.1.14
Discuss how the presence of cholesterol in the plasma membrane affects the properties of the plasma
membrane.
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
1.1.1.15
Distinguish between simple diffusion and facilitated diffusion across a membrane.
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
1.1.1.16
Use an example to explain simple diffusion across a membrane.
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
1.1.1.17
Use an example to explain facilitated diffusion across a membrane.
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
1.1.1.18
The diagram shows a sodium ion channel. Outline what is happening in these two diagrams.
�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
Na+
Na+
Na+
Na+
Na+
Na+
Na+
Na+
Na+
Na+
+ + + +
+ + +
− − −
− − − −
− − − −
− − −
+ + +
+ + + +
�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
Na+
�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
Sodium ion channel
state A
Na+
Sodium ion channel
state B
Science Press
Dot Point VCE Biology Units 3 and 4
9
Unit 3 How Do Cells Maintain Life?
high
ow
igh
w
1.1.1.19
Define active transport.
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
1.1.1.20
Use an example of explain active transport across a membrane.
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
1.1.1.21
Complete the table to explain the functioning of the sodium-potassium pump.
Diagram
Outside
cell
What is happening
[Na+] high
[K+] low
Na+
Na+
Inside
cell
Outside
cell
P
ADP
Na+ + ATP
[Na+] high
[K+] low
P
Na+
K+
OutsideNa
cell
+
P
ADP
Na+ + ATP
Inside
cell
P
P
K+Na+ P
Outside cell
P
K+
K+
Na
+
Na
+
Na+
Outside
cell
K+
K+
P
P ADP
P +
ADP
[Na ] high
[K+] low
P
PP
P
Na+
K
+
+ +
KNa
P
ADP
K++ + ATP
Inside Na
cell
K+
P
P [Na+] high
[K+] low
P
Outside
cell
P
P
Na+
K+
Outside cell
Na+
K
Na+ + ATP
+
K
+
Inside
cell
P
ADP
P
P
P
P
K+
Outside cell
K+
K+
P
P
P
Science Press
Unit 3 How Do Cells Maintain Life?
10
Dot Point VCE Biology Units 3 and 4
1.1.2
The role of different organelles including ribosomes, endoplasmic reticulum, Golgi apparatus
and associated vesicles in the export of a protein product from the cell through exocytosis.
1.1.2.1
Define cytosis.
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
1.1.2.2
Define vesicle.
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
1.1.2.3
Define exocytosis.
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
1.1.2.4
Glands are involved in exocytosis. Distinguish between endocrine glands and exocrine glands.
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
1.1.2.5
Ribosomes are involved in exocytosis. Distinguish between free ribosomes and attached ribosomes.
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
1.1.2.6
Endoplasmic reticulum is involved in exocytosis. Distinguish between rough and smooth endoplasmic
reticulum and their products.
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
Science Press
Dot Point VCE Biology Units 3 and 4
11
Unit 3 How Do Cells Maintain Life?
1.1.2.7
Complete the table and label the diagram to show the sequence of events in the production of a
protein product to its secretion and export from the cell.
Diagram
What happens at:
Ribosomes
A
B
Endoplasmic reticulum
C
D
E
F
Golgi apparatus
G
Plasma membrane
H
I
Science Press
Unit 3 How Do Cells Maintain Life?
12
Dot Point VCE Biology Units 3 and 4
1.1.3
Cellular engulfment of material by endocytosis.
1.1.3.1
Define endocytosis.
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
1.1.3.2
Discuss why endocytosis is needed for some substances to cross the plasma membrane.
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
1.1.3.3
Distinguish between pinocytosis and phagocytosis.
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
1.1.3.4
Annotate the diagram to show the difference between pinocytosis and phagocytosis and how each
process can occur.
Phagocytosis
Pinocytosis
Liquid or finely
divided solid
Solid material
Science Press
Dot Point VCE Biology Units 3 and 4
13
Unit 3 How Do Cells Maintain Life?
1.1.3.5
Describe receptor mediated endocytosis and give an example.
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
1.1.3.6
Draw a flow chart to show the steps involved in the invagination of the plasma membrane.
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
1.1.3.7
Complete the table to compare endocytosis and exocytosis.
Feature
Endocytosis
Exocytosis
Cell
Diagram
Cell
Substance
Substance
Definition
How it affects
the plasma
membrane
Science Press
Unit 3 How Do Cells Maintain Life?
14
Dot Point VCE Biology Units 3 and 4
DOT POINT
Answers
Science Press
Dot Point VCE Biology Units 3 and 4
251
Answers
Unit 3 How Do Cells Maintain Life?
1.1.1.1
1.1.1.2
Current model of the plasma membrane is the fluid mosaic model first proposed by Jonathon Singer and Garth Nicolson in 1972.
Structure of plasma membrane
Glycoprotein
Integral protein
Hydrophilic
head
Phospholipid
Hydrophobic bilayer
tail
Cholesterol
Peripheral protein
1.1.1.3
The plasma membrane: 1. Separates a cell from its external environment. 2. Acts as a selective barrier around the cell.
3. Creates and maintains concentration gradients between its internal and its external environment. 4. Maintains pH and charge
differences. 5. Is important in cell-cell recognition. 6. Has receptor molecules for cell signalling. The surface area of the plasma
membrane is important as it determines the rates of chemical exchange into and out of the cell.
1.1.1.4
Hydrophilic means attracted to water, e.g. the polar end of a phospholipid whereas hydrophobic means repels water, e.g. the
lipid chains of the phospholipid.
1.1.1.5
An amphipathic molecule has both a hydrophobic region and a hydrophilic region.
1.1.1.6
Phospholipids form the structural basis of plasma membranes. The polar end consists
of choline and phosphate and the non-polar end consists of two chains of fatty acids. The
different ends allows the membrane to control the movement of substances across its
structure.
Phospholipid
Polar end is hydrophilic
Two chains of fatty acids are
non-polar and hydrophobic
1.1.1.7
When a phospholipid is placed in water it will naturally form a bilayer with the heads facing outwards due to the polarity of this
region attracting water. The tails with no charge will face inwards.
1.1.1.8
The hydrophobic core of the fatty acid hydrocarbon tail prevents the movement of ions and polar molecules and stops the cell
dissolving in water. While the hydrophilic ends of the phospholipids have a negatively charged phosphate group which is in contact
with aqueous solutions on either side of the membrane and can interact with their environment, e.g. polarity attracts water.
1.1.1.9
Integral proteins contact the hydrophobic core of the phospholipid bilayer – some are transmembrane and span the entire
membrane. Integral proteins have sections that are hydrophobic and the ends contacting the aqueous solution outside/inside the
membrane are hydrophilic. While peripheral proteins are loosely connected to the surface of the membrane – some contact integral
proteins. While glycoproteins are proteins that have a carbohydrate covalently bonded on the external side of the membrane.
1.1.1.10
The bilayer is very stable due to the bonds with the water and the bonds between each phospholipid. It is fluid as the phospholipids
can move along the structure as the hydrophobic properties of the fatty acid chains and the hydrophilic properties of the head means
the phospholipids cannot flip vertically. The loose packing of the phospholipids also allows movement along the horizontal plan. The
fluidity of the membrane depends on the types of lipids present in the membrane. The presence of saturated fatty acids (with all C–C
single bonds) makes the membrane less fluid, e.g. will become solid at room temperature. While the presence of unsaturated fatty
acid (with some double bonds C=C) makes the membrane more fluid. The double bonds cause the fatty acid chains to take on a
‘bent’ appearance that prevent tight packing of the phospholipids, e.g. will be liquid at room temperature. The presence of cholesterol
also increases stability and reduces fluidity allowing movement in the centre of the bilipid layer.
1.1.1.11
1.1.1.12
Type of molecule
Permeability
Examples
Hydrophobic
Freely permeable
Nitrogen, oxygen, hydrocarbons
Small polar
Freely permeable
Water, carbon dioxide, urea, glycerol
Large polar
Not permeable
Glucose and other uncharged monosaccharides, disaccharides
Ions and charged particles
Not permeable
Amino acids, ions of hydrogen, sodium, potassium, calcium, chlorine, magnesium and
hydrogen carbonate ion
The plasma membrane controls substances that enter or leave cells. Water crosses the plasma membrane by osmosis moving
down a concentration gradient going through aquaporins that are transport proteins in the plasma membrane. The water
potential is the tendency of the water molecules to enter or leave the cell and is determined by the solute potential and pressure
potential. If tissues or organs to be used in medical procedures are placed in an isoosmotic solution there is no net movement of
water between the cells and their environment. However, if there is a difference in osmolarity (the solute concentration expressed
as a molarity) water will move by osmosis from the hypoosmotic solution to the hyperosmotic solution which will damage the
cells and reduce their viability. Thus, isotonic solutions need to be used in medical procedures, e.g. as intravenously infused
fluids, in saline eye drops, to pack donor organs, during skin grafts.
Science Press
Answers
252
Dot Point VCE Biology Units 3 and 4
1.1.1.13
Role
Diagram
Description of function
Channel proteins have a hydrophilic channel that allows certain molecules and ions, e.g. aquaporins
assist water movement in osmosis. Movement is by facilitated diffusion as the material moves down
a concentration gradient.
Channel proteins for
passive transport
Channel protein
Carrier proteins change their shape during the process of passing a solute across the plasma
membrane. The movement of the solute can occur in either direction. Carrier proteins are usually
very specific, e.g. glucose transporter. Movement is by facilitated diffusion as the material moves
down a concentration gradient.
Carrier protein for
facilitated diffusion
Carrier protein
Carrier proteins change shape to take the substance across the membrane. Energy (e.g. ATP) is
needed and the substance is moved against a concentration gradient, e.g. sodium-potassium
pump in animal cells.
Carrier proteins for active
transport
Carrier protein
Membrane bound
enzymes
Enzymes
Proteins that are enzymes can be embedded in the membrane in a series or system with the
active sites exposed to the aqueous solution. A sequence of reactions in a metabolic pathway
can occur, e.g. ATP synthase in aerobic respiration.
Active sites
Integral proteins can bind to proteins from adjacent cells, e.g. forming tight junctions.
Attachment to
adjacent cells
Tight junction
Cell identification
Recognition site
Some glycoproteins in plasma membranes are detected by recognition sites on proteins of other
cells. The glycoproteins act as identification indicators.
Glycoprotein
Hormone binding sites
Hormone
Integral proteins have a binding site for a specific hormone. The hormone triggers a response in
the cell.
1.1.1.14
Cholesterol is a steroid lipid that is mainly hydrophobic with a hydroxyl group [OH]. It is only slightly soluble in water. The
cholesterol aligns with the phospholipid on both sides of the bilayer – the ringed portion which is rigid and flat lie next to the
first part of hydrocarbon tails of the phospholipids in the cell membrane of animals and the cholesterol’s linear tail embeds in
the lower part of the fatty acid chain. The hydroxyl group is attracted to the polar head and lower oxygens of the phospholipid.
Embedded cholesterol in the cell membrane makes the membrane less fluid. It gives stability and firmness with the rigid planar
part of the cholesterol blocking movement of the first part of the fatty acid chain. The flexible tail of the cholesterol which lies
near the centre of the bilayer makes the middle part of the bilayer the most fluid. At high concentrations cholesterol helps
separate the phospholipids so that the fatty acid chains do not come together and crystallise. It helps prevent extremes, e.g. too
fluid or too firm. The cholesterol also reduces permeability to some solutes.
1.1.1.15
Simple diffusion refers to the movement of particles down a concentration gradient due to the random movement of particles.
Whereas facilitated diffusion is also the passive movement of particles, does not require an input of energy (ATP), but involves
the assistance of other molecules, e.g. transport proteins.
1.1.1.16
If oxygen molecules are more concentrated on the outside of a cell, the oxygen will diffuse across the plasma membrane into the
cell, e.g. for aerobic cellular respiration. Substances that move across the cell membrane by simple diffusion are usually small
and non-charged or lipid molecules.
1.1.1.17
Channel proteins that have a hydrophilic channel allow water molecules to move into/out of the cell. Water is a small molecule
and can cross the membrane by simple diffusion, however the movement through the channel proteins (aquaporins) is faster
than simple diffusion and assists osmoregulation. Facilitated diffusion is considered passive transport because the substance
moves down a concentration gradient.
Science Press
Dot Point VCE Biology Units 3 and 4
253
Answers
+
1.1.1.18
Sodium ion channel state A shows the closed gate conformation of the transport protein. It is maintaining the resting potential with
the sodium unable to enter. Sodium ion channel state B shows the open gate conformation allowing the sodium ions to move into
the cell by facilitated diffusion down the concentration gradient. The diagram shows the gating of the sodium ion channel.
1.1.1.19
Active transport is the movement of substance across a membrane against a concentration gradient or electrochemical gradient
using energy (ATP). It can involve carrier proteins.
1.1.1.20
Many animal cells have a sodium-potassium pump where sodium ion (Na+) are exchanged for potassium ions (K+). The sodiumpotassium pump is involved with maintaining the electrochemical gradient, e.g. in nerve cells. When the sodium-potassium
pump pumps sodium out of the cell and potassium into the cell the interior of the cell becomes negative and the exterior
becomes positive, e.g. to return a nerve cell to the resting state. Protein pumps only transport a particular substance in a
specific direction across the membrane.
1.1.1.21
Diagram
Outside
cell
[Na+] high
[K+] low
What is happening
Cells maintain a high Na+ outside and low Na+ concentration inside a cell and a high K+ concentration inside
+
cell. In the cell membrane carrier proteins have two states. From inside the cell
a cell and low K+ outside theNa
Na+ ions from the cytoplasm can fit into the carrier protein and binds to the sodium-potassium pump.
Na+
Inside
cell
Outside
cell
P
ADP
Na+ + ATP
[Na+] high
[K+] low
P
+ +
NaNa
binding with the carrier proteins stimulates the chemical reaction phosphorylation using ATP and a
phosphate group is attached to
the protein. ADP is released.
+
K
Outside cell
Na+
P
ADP
Na+ + ATP
Inside
cell
[Na+] high
[K+] low
[Na+] high
[K+] low
+
Outside cell
Na+
Na+
Na+
K+
Outside
cell
K+
P
ADP
[Na+] high
P [K+] low
P
ADP
P
K
P
+
] high
P[Na
[K+] low
Na+
K+
P
P
Outside cell
+
P
ADP
Outside
cell
Inside
cell
Na+ P
A K+ ion from outside the cell binds to the carrier protein.
K+
Na+ + ATP
K+
K+
P
P
P
K+
Na+
Inside
cell
P
Phosphorylation
makes the protein change shape causing the Na+ to be released outside the cell. This is
K+
active transport of Na+ across the cell membrane from the cytoplasm to the extracellular fluid.
PP
cell
ell
P
P
K+Na P
+ ATP
+ ATP
K+
The carrier protein now has a form that fits K+ rather than Na+. Facilitated diffusion occurs as no energy is
Na+ in the transport across the plasma membrane.
used
K+
Na+ + ATP
P
ADP
P
P
P
P
The phosphate group is released
from the carrier protein causing the carrier protein to release K+ into the
K+
cytoplasm and the protein reverts back to its other state.
Outside cell
K+
K+
P
P
P
1.1.2.1
Cytosis is the passage of large ‘packages’ of material across the membrane.
1.1.2.2
A vesicle is a sac made of membrane that contain various substances.
1.1.2.3
Exocytosis is the process when vesicles inside the cell fuse with the cell membrane and the contents of the vesicle are secreted
from the cell.
1.1.2.4
Endocrine glands are ductless glands that secrete hormones, e.g. thyroid gland secretes thyroxine and the adrenal glands
secrete adrenaline whereas exocrine glands secrete into ducts that lead to an epithelial surface, e.g. sweat glands secrete sweat
onto the skin and mammary glands secrete milk.
1.1.2.5
Free ribosomes are found unattached in the cytosol and produce proteins that function within the cytosol. While bound
ribosomes are attached to the nuclear membrane or to endoplasmic reticulum and produce proteins that will become part of the
plasma membrane or will be bound within another organelle, e.g. lysosome or will be packaged for secretion.
Science Press
Answers
254
Dot Point VCE Biology Units 3 and 4
1.1.2.6
1.1.2.7
Endoplasmic reticulum (ER) is a large network of membranes throughout the cell. Rough ER has ribosomes on its outer surface
membrane and is involved in protein secretion whereas smooth ER does not have ribosomes on its outer surface membrane and
is involved in the synthesis and secretion of lipids including steroid hormones.
Diagram
What happens at:
Nucleus
Ribosomes carry out protein synthesis in gene expression. They produce polypeptide chains
on rough endoplasmic reticulum (rER).
Rough
endoplasmic
reticulum
Free
ribosome
Transport
vesicle
Vesicle fuses
with membrane
Cis Golgi
Vesicle
released
Endoplasmic reticulum forms a large network of membranes throughout the cell.
Rough endoplasmic reticulum is continuous with the outer membrane of the nuclear
envelope. The new protein formed at the ribosome enters the lumen of the rER and is
sectioned off to form a vesicle. Glycoproteins that have carbohydrates attached to the
protein are formed here. The transport vesicle separates and travels though the cytoplasm
to a Golgi apparatus.
Smooth endoplasmic reticulum produces lipids, e.g. oils, phospholipids and steroids.
Golgi apparatus is a stack of flattened sacs. The transport vesicle from the rER joins with
the cis face which is the convex side of the Golgi apparatus and its contents are added to
the lumen. As the product travels from the cis to the trans sides of the Golgi apparatus it is
modified, e.g. Golgi enzymes modify the carbohydrates of the glycoproteins. Small vesicles
bud off from the ends of the stacks.
Plasma membrane – the transport vesicles from the Golgi apparatus travel to and fuse with
the plasma membrane. The product is secreted in exocytosis.
Plasma
membrane
Vesicle releases
contents
1.1.3.1
Endocytosis is the process where a cell takes in macromolecules by forming vesicles from the plasma membrane. Endocytosis
requires an energy input and is a form of active transport.
1.1.3.2
Endocytosis is needed as the materials are large and cannot move across the plasma membrane by diffusion or with the
assistance of carrier or channel proteins.
1.1.3.3
Pinocytosis and phagocytosis are two types of endocytosis. Pinocytosis is a type of endocytosis in which the cell takes in
extracellular fluid and its dissolved solutes and can occur by invagination of the plasma membrane or by the formation of
vesicles at the base of a pinocytic channel. Whereas phagocytosis is a type of endocytosis where large, particulate substances
are taken into a cell and can occur by invagination of the plasma membrane or by the formation of pseudopods.
1.1.3.4
Phagocytosis
Solid enclosed
by pseudopodia,
e.g. Amoeba
feeding
Pinocytosis
Invagination of
plasma membrane,
e.g. liver cells
Invagination of
plasma membrane,
e.g. white blood cell
Liquid or finely
divided solid
Vesicles form at base
of pinocytic channel
Solid material
1.1.3.5
Receptor mediated endocytosis involves the receptor proteins on the cell surface membrane. The particle to be taken in binds
to a receptor site in a ‘lock and key’ manner. After binding the area forms an invagination that will become a vesicle that moves
further inside the cell. Cholesterol travels in the blood as low density lipoproteins (LDLs) and specific LDL receptor sites on cell
membranes allow cholesterol to be taken into a cell by receptor mediated endocytosis.
Science Press
Dot Point VCE Biology Units 3 and 4
255
Answers
1.1.3.6
Small section of the plasma membrane forms a pocket → pocket sinks deeper into the cell → membrane pinches in to form a
vesicle → vesicle is separated from the plasma membrane.
1.1.3.7
Feature
Endocytosis
Diagram
Exocytosis
Cell
Cell
Substance
Substance
Definition
Cell takes up substances by surrounding it with membrane.
Substances are released from the cell when vesicles fuse
with the membrane.
How it affects the
plasma membrane
During endocytosis the membrane changes shape,
infolds and encloses substance to be taken into the cell,
e.g. substance is highly polar or too large to enter by other
means.
During exocytosis the membrane fuses with the vesicle,
changes shape and expels the substance. Vesicles are created
by rER and then modified by Golgi apparatus. The fluidity
of the membrane allows the phospholipids from the vesicle
to combine with the plasma membrane to form the new
membrane that includes the phospholipids from the vesicle.
1.2.1.1
A nucleic acid is a polymer composed of many nucleotide monomers that encode instructions for the synthesis of proteins in
cells and through the actions of proteins for all cellular activities.
1.2.1.2
Nucleic acids are very important as they not only make up the genetic material of all living things as well as of viruses and
transmit hereditary information but by determining protein synthesis they determine the structure, function and activities of cells.
1.2.1.3
Nucleic acids include DNA and RNA.
1.2.1.4
A nucleotide is a three-part molecule consisting of a pentose sugar covalently bonded to a nitrogenous base and a phosphate group.
Nucleotide
1.2.1.5
Sugar
Nitrogenous bases
Phosphate
O
−
Ribose
HOCH2
O
Deoxyribose
OH
HOCH2
O
Purine
OH
N
HC
HO
OH
HO
N
C
N
Adenine (A)
C
C
Pyrimidine
N
CH
N
H
N
HC
H
C
N
O
P
OH
O
−
CH
CH
Guanine (G) Cytosine (C) Thymine (T) Uracil (U)
1.2.2.1
A proteome is a full protein set that is encoded in a genome that can be expressed by a cell, tissue or organism.
1.2.2.2
Proteomics is the study of proteomes and their functions in large scale investigations of the biochemistry and genetics of gene
products.
1.2.2.3
As each person has a unique DNA sequence, the proteins produced by that sequence will form a unique set of products – a
unique proteome. Different types of cells will make different proteins and have different proteomes. A study of proteomes shows
significant similarities in the proteomes of different species.
1.2.2.4
Proteins are long complex polymers built from linear sequences of amino acids joined together by peptide bonds in polypeptide
chains.
1.2.2.5
20 kinds of amino acids are commonly found in polypeptides.
1.2.2.6
Since amino acids can react with each other by condensation with the amino group of one amino acid reacting with the carboxyl
group of another to form a peptide bond, there are many possible sequences of amino acids that will form a huge range of
polypeptides. The polypeptide will have a repeating sequence that forms the backbone of the molecule and the different side
chains of each amino acid give each polypeptide its particular structure and functionality.
1.2.2.7
Polypeptides are synthesised in cells on ribosomes.
1.2.2.8
Basic components of an amino acid.
NH2
X
CH
COOH
Science Press
Answers
256
Dot Point VCE Biology Units 3 and 4
Download