AP Biology 考前救命指南

学术葩AP学习中心 2021-10-11 12:35:35

首先梳理一下AP Biology的知识点。



Big Idea

1

The process of evolution drives the diversity and unity of life. 

进化过程的多样性和统一性。


进化的本质是随着时间的变化种群基因的改变:

1. 自然选择(Natural selection)是进化的主要机制。自然选择指生物在生存斗争中适者生存、不适者被淘汰的现象,最初由Darwin达尔文提出,而自然选择学说的主要包括:过度繁殖,生存竞争,遗传和变异,适者生存。自然选择分为定向选择、稳定选择和分裂选择。哈温平衡定律也在说明进化的发生。(p+ q =1,p2 + 2pq + q2 = 1)


2. 自然选择对于种群的表型多样性起作用。达尔文认为一切生物都具有产生变异的特性,造成表型多样性的原因主要是基因突变和有性繁殖;一些性状能增加适应性而一些性状会降低适应性(英国的桦尺蛾)。


3. 环境的改变也是一个随机的过程。遗传漂变(genetic drift)是指由于某种机会,某一等位基因频率的群体(尤其是在小群体)中出现世代传递的波动现象,不是一个选择的过程,典型的漂变影响有构建者效应founder effect和瓶颈效应bottleneck effect。


4. 许多的科学证据都证明了生物进化的发生。

●  古生物学与化石纪录:化石fossils具有一定的排列顺序,详细记载了现代生物的进化过程,还能发现过渡物种。

●  生物地理学:许多植物和动物的地理分布都是进化的结果,亲缘关系近的物种在地球分布广泛,它们具有共同性状也来自共同祖先。

●  比较解剖学:具有同源结构homologous structures的生物,都是由共同的原始祖先进化而来的。

●  胚胎学:亲缘关系近的物种在胚胎发育中会有相似的结构和发育过程(所有的脊椎动物)。

●  分子生物学:比较DNA和蛋白质的序列,相似度越高,亲缘关系也越近。


生物之间通过来自共同祖先的线性血统形成了联系:

1. 生物体具有许多高度保守的核心过程及特点:所有领域domain的生物体都是DNA或RNA作为遗传信息的载体;生物的遗传密码均一致;生物体代谢的途径都类似(糖酵解);真核生物的细胞结构一致性。


2. 系统发生树Phylogenetic trees和进化分支树cladograms是一种展示进化历史的图形模型。系统发生树是表明被认为具有共同祖先的各物种间演化关系的树,是一种亲缘分支分类方法。在树中,每个节点代表其各分支的最近共同祖先,而节点间的线段长度对应演化距离。


生命在不断改变的环境中持续进化:

1. 在地球发展历程中,物种形成和灭绝一直持续发生:物种形成(speciation)从一个种内产生出另一个新种的过程,包括三个环节:突变以及基因重组为进化提供原料,自然选择是进化的主导因素,隔离是物种形成的必要条件。地球演变的历史中存在五次生物大灭绝。(不需要掌握名称)


2. 物种形成的终点是两个种群出现生殖隔离:物种形成需要隔离的产生,隔离主要分为地理隔离和生殖隔离,所以物种形成分为异域性物种形成(Allopatric speciation)、同域性物种形成(Sympatric speciation)。


3. 种群中的生物体持续在进化:科学证据证明所有的物种都存在进化,而进化在持续发生中。(达尔文著名的鸟嘴故事)


生命的起源可以被自然过程所解释:

生命的起源的问题,历史上存在着多种臆测和假说,并有很多争议,主要包含:  

●  神造说,创造论认为世界万物都是由神所创造。

●  宇宙生命论,认为地球上最初的生命来自宇宙间的其他星球,宇宙太空中的“生命胚种”可以随着陨石或彗星跌落在地球表面成为最初的生命起点。

●  自然发生学说,认为生物可以随时由非生物产生,而巴斯德Pasteur的鹅颈瓶实验推翻了这个假说。

●  化学起源说是被很多学者接受的生命起源假说,认为生命是在极其漫长的时间内,由非生命物质经过极其复杂的化学过程,一步一步地演变而成的。(米勒实验Miller–Urey experiment)



Big Idea

2

Biological systems utilize free energy and molecular building block to grow, to reproduce and to maintain dynamic homeostasis. 

生物系统运用自由能量和分子基本单位来生长、繁殖以及维持动态的平衡。


生长、繁殖以及生命系统的有序组织的维持需要能量以及物质作为基础:

1. 所有的生命系统都需要不断输入自由能:生物体的各种化学成分在体内不是随机堆砌在一起的,而是严整有序的,生命的基本单位是细胞。而生物界是一个多层次的有序结构。细胞之上还有组织tissue、器官organs、系统organ systems、个体organisms、种群populations、群落communities、生态系统ecosystems等层次。失去有序性,生命系统也就完结了。因此生命系统需要一直不断的能量输入比如光合作用,摄入食物等。生命体有不同的策略维持代谢平衡(恒温Endothermy和变温Ectothermy)。


2. 生物体能够捕获和储存能量供给各种生命活动所用:生物体可以分为自养生物Autotrophs(光合生物Photosynthetic organisms和化能合成生物Chemosynthetic organisms)和异养生物Heterotrophs。


3. 光合作用Photosynthesis将太阳能转化为ATP中活跃的化学能再转化为有机物中稳定的化学能的过程,发生在叶绿体chloroplast中,分为光反应light reaction和暗反应dark reaction(卡尔文循环Calvin cycle)。光反应发生在类囊体上,通过电子传递链产生ATP和NADPH,主要包含非循环的光合磷酸化(需要Photosystems I and II,水分解产生氧气)和循环的光合磷酸化(只需要Photosystems I)。卡尔文循环利用光反应的产物(ATP和NADPH)制造碳水化合物,发生在基质stroma中。卡尔文循环通常称为C3途径,而C4途径(C4 pathway)CO2受体为PEP,最初产物为四个碳原子有机物,维管束鞘细胞进行卡尔文循环,适应干燥环境。景天科酸代谢途径(Crassulacean acid metabolism pathway,CAM途径):夜间固定CO2产生有机物,白天有机物释放CO2,进行CO2固定的卡尔文循环,适应沙漠植物。(仔细理解整个过程)


4. 细胞呼吸cellular respiration分为有氧呼吸、无氧呼吸两种。有氧呼吸分为

●  糖酵解Glycolysis,1个分子葡萄糖分解成2分子丙酮酸Pyruvate,净合成2个ATP,产生2个NADH(electron carrier),发生在细胞质中,而且是所有细胞呼吸的第一步。

●  丙酮酸氧化Pyruvate oxidation,产生CO2、NADH和acetyl CoA。

●  三羧酸循环Krebs cycle,产生CO2、NADH、FADH2和ATP。

●  电子传递链electron transport chain和化学渗透chemiosmosis中,电子从高能量向低能量传递,产生质子梯度proton gradient,氧气是最终的电子受体,导致ATP合成。(比较细胞呼吸和光合作用ATP合成)


5. 无氧呼吸中,第一步也是糖酵解,而第二部没有氧气的参与,在细胞质的基质中,丙酮酸分解为酒精和二氧化碳(酵母及植物),或转化为乳酸(动物)。在细胞呼吸中,一部分能量以热量的形式散失维持体温。


6. 生物体生长,繁殖和维持稳态需要与外部环境不断交换物质:碳循环、氮循环、水循环以及水的极性特性(Cohesion、 Adhesion、High specific heat capacity、Universal solvent supports reactions等)。表面积与体积比值越大,生物体交换物质效率越高,因此生物体很多结构都能增大表面积以增加吸收(Root hairs、Cells of the alveoli、Cells of the villi、Microvilli)


生长繁殖和动态平衡需要细胞创造和维持一个和外环境不同的内部环境:

1. 细胞膜的结构决定了其选择透过性:磷脂双分子层是构成细胞膜的的基本支架。细胞膜的主要成分是蛋白质和脂质,含有少量糖类。流动镶嵌模型。


2. 细胞膜有重要的生理功能,它既使细胞维持稳定代谢的胞内环境,又能调节和选择物质进出细胞:单纯扩散,不耗能,不需要载体。协助扩散Facilitated diffusion,膜蛋白的帮助下,顺浓度差跨膜扩散的过程。简单扩散和协助扩散都是被动运输Passive transport。主动运输active transport,离子或小分子物质在膜上“泵”的作用下,被逆浓度差跨膜转运过程,消耗ATP需要蛋白通道。胞吞endocytosis胞吐exocytosis是转运大分子物质的有效方式。


3. 真核生物具有内膜系统来维持各个细胞器相对独立的功能:各种细胞器的结构和功能,Endoplasmic reticulum, Mitochondria, Chloroplasts,Golgi, Nuclear envelope。


生物运用反馈调节机制来调节生长繁殖和维持动态平衡:

1. 生物体运用反馈的机制来维持内环境并对外面环境做出反应:生命体内利用负反馈的调节机制,维持特定条件的稳定平衡,比如体温的神经调节,激素的调节,操作子调节基因等。生命体利用正反馈调节放大信号,对外部刺激快速做出反应,例如婴儿的出生,果实的成熟等。


2. 生物体对于外面多变的环境做出反应:生物体利用行为和生理的机制对外部的环境做出反应,例如动物的冬眠hibernation,迁徙migration等。


生物系统的生长和动态平衡受系统环境改变的影响:

1. 所有的生物系统不管是细胞,还是生物体、种群、群落及生态系统都能够被复杂的生物或非生物的相互作用影响:细胞活动能够被影响如密度,生物体活动能够被影响如共生或捕食等关系,而种群、群落及生态系统的稳定也是受到许多因素影响如水和营养的充足,种群的多样性等。


2. 生物体稳态的机制表明进化来自于共同的祖先,但为了适应复杂多变的环境分歧依然存在:不同生物体稳态调节的机制的相同点证明其来自共同祖先。而不同的生物体具有不同的机制获得营养和排出废物,例如不同生物的呼吸系统、消化系统、循环系统及排泄系统等


3. 打破其动态平衡的稳态能够影响生物系统:分子和细胞水平的破坏能够影响整个生命体如脱水。生态系统的破坏能够打破整个系统的平衡,例如人的影响、侵略物种等


4. 植物和动物有一系列的化学防御对抗外部的入侵:植物、无脊椎动物和脊椎动物都有一系列的非特异性的免疫反应(皮肤的屏障和巨噬细胞的吞噬)。哺乳动物能够利用特异性免疫系统对抗外部入侵,细胞免疫反应及体液免疫反应。(B cell和T cell的免疫)当第二次免疫入侵,会引起更快更强的免疫反应。


大量涉及生长、繁殖以及维持动态平衡的生物过程包含着暂时的调节和协调:

1. 调控和协调重要过程的发生对于生物体发育非常重要,而且有许多机制控制这些过程:不同基因的表达导致了细胞的分化,而基因的序列行表达过程主要时通过引入相关的转录因子导致。细胞程序性死亡在个体发育和分化中起到了很重要的作用。


2. 生物体的生理活动也是受到许多复杂机制的调控和协调:植物的光周期性和向光性。动物的昼夜节律性,季节性反应,释放外激素等。真菌、原声生物和细菌也存在周期性的生理反应。


3. 利用多种机制调节行为的周期和协调性对于自然选择具有重要的意义:生物体个体会有先天性行为和后天的学习行为(特点)。对于外部信息做出反应和交流信息对于生物体来说具有选择适应性,如动物的冬眠,夏眠等。种群间存在协同,这对于提高种群生存具有重要的意义。



Big Idea

3

   Living system store, retrieve, transmit and respond to information essential to life processes. 

生物系统存储、提取、传递生命活动的基本信息,并对其作出相应的反应。


遗传信息为生命的延续性创造了条件:

1. DNA,或RNA是主要的遗传信息存储形式。DNA和RNA的结构和方向性。DNA发现的历程(Contributions of Watson, Crick, and Franklin on the structure of DNA;Avery-MacLeod-McCarty experiments;Hershey-Chase experiment)。DNA半保留复制的整个过程。RNA的类型(mRNA、tRNA、rRNA、RNAi)。


2. 遗传信息的表达过程:转录Transcription,是遗传信息由DNA转换到RNA的过程,启动子promoter起到了调节作用。mRNA加工,包含addition of a poly-A tail、addition of a GTP cap和excision of introns。翻译Translation,是在核糖体上根据mRNA上的密码子codon合成多肽链,tRNA起到了重要作用。(仔细理解)


3. 基因工程技术能够对DNA进行相关操作:Electrophoresis凝胶电泳、Plasmid-based transformation质粒转化实验、 Restriction enzyme analysis of DNA 限制性内切酶分析DNA、Polymerase Chain Reaction (PCR)聚合酶链式反应。


4. 在真核生物中,遗传信息通过细胞周期、有丝分裂和减数分裂加受精等过程遗传到下一代:细胞周期分为间期和有丝分裂期,间期复制DNA。细胞周期受到一系列蛋白的调控,而且细胞中存在许多关卡checkpoints。细胞周期进程的实现有赖于各级调控因子对细胞周期精确而严密的调控,这些调控因子的核心是细胞周期蛋白依赖性蛋白激酶(Cyclin Dependent Kinase ,CDK)和细胞周期蛋白(Cyclin)。


5. 有丝分裂和减数分裂都发生在DNA复制完成后,但是减数分裂发生两轮细胞分裂,而且产生单倍体细胞haploid cell。重要的是在减数分裂的前期发生同源染色体homologous chromosome的交叉互换crossing over,这对于增加基因多样性具有重要意义。


6. 受精作用指的是两个配子体gametes的融合,在合子zygote(二倍体diploid cell)中产生了新的基因组合。


7. 染色体的遗传对于理解遗传模型具有重要意义,即等位基因都是位于染色体上遗传到下一代:孟德尔的显性定律。孟德尔的分离定律。孟德尔的自由组合定律。家族系谱分析性状的遗传。


8. 许多性状的遗传并不能由孟德尔定律解释:伴性遗传的特点。不完全显性、共显性、多基因遗传、基因关联、多等位基因、基因多效性。一些细胞器遗传遵循了母性遗传的规律。


遗传信息的表达包含着细胞和分子学机制:

1. 基因调控产生了不同基因的表达,导致了细胞的分化:基因表达的调控可以发生在基因表达过程中的许多关键步骤,包含DNA上的调控序列如启动子promoter、增强子enhancers;转录因子Transcription factors调节转录的发生;operon是细菌调节基因表达的重要序列。


2. 细胞内的信号传递能够调解细胞内的基因表达,从而影响整个细胞的功能。


遗传信息的加工处理过程是不完美的,因此为变异提供了资源:

1. 基因型的改变能够导致表型的改变:DNA突变导致了蛋白结构或数量的改变进而改变表型。DNA复制、DNA修复、有丝分裂和减数分裂中的错误都能导致突变。表型的改变服从于自然选择,能提高生存的性状会保留下来。

2. 生物系统具有各种不同的机制能增加基因的多样性:细菌有很多的方式增加多样性。真核生物的有性繁殖能够增加遗传多样性,如交叉互换,重组等。


3. 病毒的复制能导致基因多样性,而病毒在感染宿主的过程中能增加基因多样性:病毒通过很多机制产生基因多样性。病毒复制的周期能帮助遗传信息的交流传递。(病毒的转导Transduction)


细胞之间通过产生、传递、接收化学信号来沟通交流:

1. 细胞间的信号交流在不同生物体中具有一定的保守性,显示了进化的历程:准确恰当的信号转导过程对于进化具有重要意义。单细胞生物的信号转导影响细胞对于外部环境的反应。多细胞生物体中,细胞转导途径能够调解细胞中一系列活动反应。


2. 细胞信息交流主要包含细胞与细胞间的直接连接及释放化学信号作用到远距离细胞:细胞可以通过细胞和细胞间直接连接进行信号交流,如植物体间的胞间连丝。细胞可以通过局部释放调解因子作用到近距离的靶细胞,如神经递质等。远距离的细胞可以通过化学信号交流,如内分泌系统的激素调解(Insulin、 Human growth hormone、 ADH、Thyroid hormones、 Testosterone、Estrogen等激素)。


3. 细胞转导途径Signal transduction pathways将接收信号和细胞反应联系起来:细胞信号转导是指细胞通过胞膜或胞内受体感受信息分子的刺激,经细胞内信号转导系统转换,从而影响细胞生物学功能的过程。第一步,受体接受信号,特异性识别。第二步,通过信号转导途径将信号转化成信号内的反应。第三步,细胞产生某种反应。第二信使的作用是能够将信号放大,引起快速的反应。信号转导途径出现改变能够引起细胞内的差异反应。如引起各种疾病,麻醉剂,神经毒品等。


信息的传递可以使生物系统内或系统之间产生相应的改变:

1. 生物个体能够对信息做出反应并与其他个体交流信息:生物体的Fight or flight response、Predator warnings、Protection of young等,生物体存在各种不同的信号交流的机制,如语言,动作,化学信号,触觉等,而对于信息的反应和交流对于进化和自然选择至关重要。


2. 动物的神经系统能够感受外部和内部信号,对信号进行传导整合从而产生反应:神经元的结构适应其功能。动作电位在神经元的转导过程。神经元之间的突触传导。脊椎动物的大脑不同部位具有不同的功能。



Big Idea

3

   Biological systems interact, and these systems and their interactions possess complex properties. 

生物系统相互作用,这些系统以及它们之间的互动成就了复杂的特性。


生物系统内的互动使其具有复杂的特性:

1. 生物分子的结构及其序列决定了分子的特性:核酸nucleic acids的分类,区别及功能。蛋白质protein的多级结构,每级结构由不同的作用力构成,氨基酸的结构。脂类lipids的分类,结构,其中重要的磷脂phospholipid的结构决定其功能。碳水化合物Carbohydrates的结构及功能。方向性对于分子具有重要意义,如DNA 5‘和3’。


2. 细胞中各种细胞器的结构和功能,以及他们相互作用引起了重要进程的发生:核糖体Ribosomes的结构和功能。内质网Endoplasmic reticulum(ER)的结构和功能(分类)。高尔基体Golgi的结构和功能。线粒体Mitochondria的结构和功能。溶酶体Lysosomes的结构和功能。液泡vacuole的结构和功能。叶绿体Chloroplasts的结构和功能。


3. 外部刺激和基因表达调控相互作用导致了细胞、组织和器官的分化:环境的刺激能够影响基因的表达。


4. 由于不同器官及不同的器官系统之间相互作用生物体具有复杂的特性:不同器官之间协同作用引发了生物活动,如胃和小肠、肾和膀胱及植物的根茎叶等。不同器官系统之间协同作用引发了生物活动,如呼吸和循环系统,神经和肌肉系统。


5. 群落中的不同生物体相互交流使其具有更复杂的特性:群落生态学中不同群落的关系Competition(-/-);Predation和Parasitism(+/-)Mutualism(+/+)Commensalism(+/0)。


6. 种群的增长受到一些生物或非生物的因素影响:种群增长的指数模型。种群增长的Logistic模型。(公式)限制种群增长的因素有密度相关和密度无关两大类。


7. 生命体和环境之间相互作用导致了物质和能量的交换:生态系统中的能量流动,物质循环。食物链中的能量流动过程中存在能量流失,呈现出生态塔的模式。人类的活动对于生态系统造成了影响。


竞争和合作在生物系统中非常重要:

1. 分子间的相互作用影响其结构和功能:分子的结构改变可能造成其功能的改变。酶enzyme的形状决定其功能,酶和底物特异性结合,底物进入酶的活化中心。辅助因子cofactors辅酶coenzymes能活化酶,而且当其存在的情况下酶才能活化。抑制因子能够抑制酶的活性。酶的活性能被温度,pH等环境因素影响。


2. 生物体间相互协作能更高效的利用能量和物质:细胞内不同细胞器相互协同能完成重要的反应。生物体内器官间相互协作去交换物质,排出废物,对各个系统都具有重要意义。


3. 种群间相互作用能够影响物种的分布状态和丰富度:不同种群间有不同的相互作用,如竞争,捕食,共生等。这些相互作用对于种群的生长繁殖具有一定的影响。


4. 区域及全球的生态系统的分布随着时间一直在发生着改变:人类对于生态系统的影响如森林的砍伐,荒漠化等。地质活动和气象活动对于生态系统分布产生影响。


生物系统内不同构成部分之间的自然发生的多样性影响其与环境的相互作用:

1. 分子水平的多样性为细胞提供了更为广泛的功能:细胞内的分子多样性使其具有更复杂的特性或进行不同反应,如不同的叶绿素。不同等位基因的组合坑引起新表型的出现。由于具有不同的等位基因,杂合子可能更具有优势性。


2. 环境因子能够影响基因型的表达:环境能够影响性状,如肤色,身高等。     生物体对于局部环境的适应性反应出了基因表达的灵活性。


3. 种群的多样性的水平影响了种群的多态性:种群具有高的基因多样性能使其适应多变的环境,反之,多样性低的种群面对灭绝的危险性更大。


4. 生态系统中的物种多样性能够影响生态系统的稳定性:物种多样性越大生态系统越稳定。



AP生物的考题分为两大部分,第一部分90分钟包含63个单选题、6个填空题,第二部分90分钟2个长问答题和6个短问答题(10分钟审题时间+80分钟答题时间),每部分各占考试分值的50%。选择题对考生的阅读速度和知识的熟练度有比较高的要求,同学要在短时间内抓到题干信息中的关键点比如说表格、流程图。填空题全部都是计算题,要求根据公式计算,这部分的内容相对简单,希望考生好好把握。问答题是大部分考生的难点,长问答题一般都是以实验设计题的形式出现,不管对于识点掌握还是分析结果能力都有很高的要求,因此要求考生一定将所有的知识烂熟于心,并且具备一定的科学分析能力。


AP生物包含了13个必须掌握的实验,考试中有25%的题目使有关于实验的,同学们一定要理解实验目的、实验原理、实验步骤并且能够根据实验得到的结果进行分析讨论,像科学家一样思考,鼓励更多的分析性思考。



接下来的十天时间内建议大家针对AP生物的知识点逐条复习,多做真题,一定动手写free response。加油!





学术葩的课程

授课地点均在北京中关村地区

咨询或报名请长按下方图片

请识别微信二维码

添加教务老师为好友

(微信名xueshupa_xk)


若是添加微信不成功

欢迎在工作时段拨打教务老师电话:

18614262143