MODULERAAMWERKE EN STUDIE-DOELSTELLINGS VIR BIOLOGIE 124 (2010) Die kursus is gebaseer op die voorgeskrewe teksboek (Biology deur Campbell & Reece. 8ste Uitgawe, Pearson International Edition). Die getalle tussen hakies verteenwoordig die relevante bladsye in die boek. Inligting uit ander bronne sal as sulks gespesifiseer word. Addisionele leeswerk sal ook op WebCT beskikbaar gestel word. SITOLOGIE: MODULERAAMWERK Die studiemateriaal soos uiteengesit in die 8ste Uitgawe van Campbell & Reece, is verspreid in verskeie hoofstukke. Tema 1: Die oorsprong en vroeë geskiedenis van lewe. (Hfst 1, 4, 25, 26, 27) Lesing 1 Die wetenskaplike benadering (18-26, hoofsaaklik selfstudie). Kenmerke en eienskappe van lewe. Idees oor die oorsprong van lewe. Waar het lewe begin? (58; 507-509). Die Miller-Urey-eksperiment (58-59; 508). Geologiese tydskaal (510-515) Lesing 2 - Teorieë oor die oorsprong van selle (509-510). Die vroegste prokariotiese selle (509; 514; 556). Archaebakterieë (566) & Eubakterieë (567). Die eerste eukariotiese selle (98-99; 516; 575-577; ). Verskille tussen prokariote en eukariote (98-99; Table 27.2, 567). Die endosimbiose teorie (516-517; Fig 25.9; 576-577, Fig 28.2). Veelselligheid (517). Nie-geslagtelike en geslagtelike voortplanting. Die koninkryke van lewe (12-14; 551-553, Fig 26.71). Tema 2: Selstruktuur (Sitologie) (Hoofstuk 6) Lesing 3 - Die selteorie (fundamentele eenhede van lewe)(94). Bestudering van selle; mikroskopie en selgrootte; selfraksionering (94-97). Oppervlaktevolume verhouding (99). Die organelle van die sel: Prokarioties vs Eukariotiese selle (98-101). Plant en Dierselle (66-67). Lesing 4 & 5- Die selorganelle (99-101); selmembraan & glikokaliks (125-130); nukleus & nukleolus (102); sentrale dogma (87, Fig 5.26); Ribosome (102); endomembraansisteem (104); Golgi apparaat (105-107); Lisosome (107-108); Vakuole (108); Mitochondria (109); Chloroplaste (110); Perokisome & glioksisome (mikroliggame) (110-111). Bewyse vir die endosimbiose teorie. Lesing 6 - Die sitoskelet (112-114), ekstrasellulêre strukture en beweging (114-118). Plantselwand (118-119). Ekstrasellulêre matriks van dierselle (119); Intersellulêre aansluitings (120-121). 1
SITOLOGIE: STUDIE-DOELSTELLINGS Nadat u hierdie sub-module bestudeer het behoort u: 1. Die fundamentele kenmerke van lewe, insluitende die belang van oorerwing, te kan bespreek. 2. Die gedagtes rondom die oorsprong van lewe te kan bespreek. 3. Die Miller-Urey-eksperiment (asook die gevolgtrekkings wat daaruit gemaak kan word) te kan beskryf en bespreek. 4. Die belangrikste punte tov Oparin se blasie-teorie ( bubble theory ) en die ontstaan van die eerste selle te kan verduidelik. 5. Die hoofindelings (gebeurtenisse) van die geologiese tydskaal/rekord te ken. 6. Die kenmerke en verskille van Prokariote, en Eukariote te kan weergee. 7. Iets te kan sê oor die moontlike oorsprong van die kernmembraan, ER, Golgi apparaat en ander organelle. Die endosimbiose teorie verduidelik en bespreek. 8. Die betekenis van veelselligheid en geslagtelike voortplanting te kan bespreek. 9. Die ses Koninkryke waarin lewende organismes ingedeel word te kan noem en iets oor elke Koninkryk te kan sê. 10. Die moderne selleer (seldoktrine) kan omskryf/definieer. 11. Te kan sê wat met die volgende (tov mikroskopie) bedoel word: SEM, TEM, ultrastruktuur, elektronmikrograaf, resolusie-vermoë, okulêr, objektief. 12. Te kan verduidelik waarom selle nie groter as n sekere maksimumgrootte kan wees nie, asook waarom hulle nie kleiner as n sekere minimum-grootte kan wees nie. Die oppervlakte-volume verhouding kan verduidelik asook die implikasie vir selgrootte bespreek? 13. Te kan verduidelik waarna sel fraksionering verwys en waarvoor dit in biologie gebruik kan word. 14. Die strukturele organisasie van prokariotiese selle te kan beskryf. In hierdie geval moet u kan sê wat met die volgende bedoel word: plasmiede (en hulle aanwending in die moderne Biologie) en Gramkleuring. 15. Die strukturele organisasie van eukariotiese selle te kan beskryf en bespreek. 2
16. Die grootste verskille tussen plant-en dierselle te kan noem. 17. Die struktuur van al die selorganelle te kan beskryf en hulle belangrikste funksies bespreek. 18. Die volgende terme te kan omskryf: Chromatien, histone, geen, transkripsie, translasie. Te verstaan waaroor die sentrale dogma handel? 19. Die rol van selorganelle in die sintese, modifikasie en sekresie van n proteïen (bv insulien) te kan skets. 20. Die samestelling, struktuur en funksies van plant-selwande te kan bespreek. 21. Die struktuur en samestelling van die komponente van die sitoskelet te kan bespreek. 22. Die hooffunksies van die sitoskelet te kan noem. 23. Die verskillende ekstrasellulêre strukture betrokke by beweging van die sel te kan beskryf. 24. Die verskillende intersellulêre aansluitings te kan beskryf. Lesing 1: Hoofstuk 2 BIOCHEMIE: MODULERAAMWERK Die chemiese konteks van lewe. a) Elemente, Verbindings en Atome (pp. 31-33) b) Elektrone bepaal die chemiese gedrag van atome (pp. 35-37) c) Die vorming en funksie van molekule is afhanklik van die chemiese bindings tussen atome (pp. 38-43) Hoofstuk 3 Water en omgewingsgesondheid. a) Atoomstruktuur van water (pp. 46-47) b) Eienskappe van water (pp. 47-52) c) ph (pp. 52-56) d) Buffers (p. 54) Lesing 2: Hoofstuk 4 Koolstof en die molekulêre diversiteit van lewe. a) Chemiese bindings met koolstof-atome (pp. 60-61) b) Molekulêre diversiteit van koolstof-bevattende verbindings (pp. 61-62) c) Funksionele groepe van biologiese koolstof-bevattende verbindings (pp. 63-65) Hoofstuk 5 Struktuur en funksie van groot biologiese molekule. 3
a) Makromolekule is polimere opgebou uit monomere (pp. 68-69) Lesing 3: Hoofstuk 5 Struktuur en funksie van groot biologiese molekule. b) Koolstof dien as brandstof en boumateriaal (pp. 69-74) c) Lipiede is n diverse groep hidrofobiese molekule (pp. 75-77) d) Proteïene het baie strukture en n wye reeks funksies (pp. 77-86) e) Nukleïensure stoor en dra oorerflike informasie oor (pp. 86-89) Lesing 4: Hoofstuk 7 Membraan struktuur en funksie. a) Sellulêre membrane is vloeibare samevoegings van lipiede en proteïene (pp. 125-130) b) Membraan strukture veroorsaak selektiewe deurlaatbaarheid (p. 131) Lesing 5: Hoofstuk 7 Membraan struktuur en funksie. c) Passiewe vervoer oor membrane (pp. 132-135) d) Aktiewe vervoer oor membrane (p. 135-138) e) Massatransport oor membrane (pp. 138-139) Lesing 6: Hoofstuk 8 Inleiding tot metabolisme. a) Die verandering van materie en energie deur n organism se metabolisme is onderhewig aan die wette van termodinamika (pp. 142-145) b) Die vrye-energie verandering van n reaksie voorspel of die reaksie spontaan verloop of nie (pp. 146-149) Lesing 7: Hoofstuk 8 Inleiding tot metabolisme. c) ATP is die dryfveer vir sellulêre werk deur die koppeling van eksergoniese reaksies aan endergoniese reaksies (pp. 149-151) d) Ensieme versnel metaboliese reaksies deur energieskanse te verlaag (pp. 151-156) e) Regulering van ensiem aktiwiteit help om metabolisme te beheer (pp. 157-159) Lesing 8: Hoofstuk 9 Sellulêre respirasie Oes van chemiese energie. a) Kataboliese paaie stel energie vry deur organiese brandstowwe te oksideer (pp. 162-167) 4
Lesing 9: Hoofstuk 9 Sellulêre respirasie Oes van chemiese energie. b) Glikolise oes chemiese energie deur oksidering van glukose na pirovaat (pp. 167-169) Lesing 10: Hoofstuk 9 Sellulêre respirasie Oes van chemiese energie. c) Sitroensuursiklus voltooi die energie-gewende oksidasie van organiese molekule (pp. 170-172) Lesing 11: Hoofstuk 9 Sellulêre respirasie Oes van chemiese energie. d) Gedurende oksidatiewe fosforilering, koppel chemiosmosis elektrontransport aan ATP-sintese (pp. 172-177) Lesing 12: Hoofstuk 9 Sellulêre respirasie Oes van chemiese energie. e) Fermentasie en anaerobiese respirasie laat selle toe om ATP te produseer sonder die gebruik van suurstof (pp. 177-179) f) Glikolise en die sitroensuursiklus sluit aan by baie ander metaboliese paaie (pp. 180-182) BIOCHEMIE: STUDIEDOELSTELLINGS Aan die einde van die Biochemie module behoort u die volgende te kan doen: Hoofstuk 2 Die chemiese konteks van lewe. a) die name en omskrywing kan gee van die subatomiese deeltjies en kan aantoon watter van hierdie deeltjies betrokke is by isotoopvorming (pp. 32-35) b) die energievlakke (elektronskille of -doppe) van atome in die algemeen en, meer spesifiek die orbitale van die eerste twee vlakke kan omskryf en bespreek (pp. 35-37) c) 'n vereenvoudigde voorstelling van die atoomstruktuur vir enige atoom met 'n atoomgetal kleiner as, of gelyk aan 20 kan skets (p. 36) d) kan onderskei tussen ioniese en kovalente bindings en 'n voorbeeld van 'n ioniese en 'n kovalente binding kan gee en teken (pp. 38-40) Hoofstuk 3 a) die chemiese eienskappe van water kan omskryf en die belang daarvan vir lewende organismes kan verklaar (pp. 46-52, Fig. 3.2) Water en omgewingsgesondheid. b) ionisasie van water kan verduidelik (p. 52) 5
c) Die watersotioonkonsentrasie van 'n oplossing kan bereken (p. 54) d) die definisies van sowel 'n suur as 'n basis kan gee asook 'n omskrywing van die ph-skaal en 'n ph-berekening uitvoer (pp. 53-54) e) kan verduidelik wat die belang van buffers in lewende sisteme is (pp. 54-55) f) omgewingsgesondheid te omskryf in terme van waterkwaliteit op aarde (pp. 54-55) Hoofstuk 4 Koolstof en die molekulêre diversiteit van lewe. a) die verskillende bindingswyses van koolstof kan bespreek en met voorbeelde toelig (pp. 61-63) b) die verskillende funksionele groepe wat in sellulêre materiaal voorkom kan uitken (pp. 63-65) Hoofstuk 5 Struktuur en funksie van groot biologiese molekule. a) die onderskeid tussen die hidrolise van polimere en die kondensasie van monomere kan verduidelik (pp. 68-69, Fig. 5.2) b) voorbeelde kan gee van monosakkariede, disakkariede en polisakkariede met hulle onderskeie funksies (pp. 69-74) c) die molekulêre en strukturele formule van glukose kan herken (pp. 70-73, Fig. 5.4b) d) voorbeelde kan gee van verskillende lipiede met hulle funksies (pp. 74-77) e) die strukturele formules van onderskeidelik 'n versadigde vetsuur, 'n onversadigde vetsuur en 'n vet kan uitken (pp. 74-76, Fig. 5.11) f) verduidelik hoe fosfolipiede weens hulle hidrofobiese en hidrofiliese gedeeltes, lipied dubellaag strukture kan vorm (pp. 76-77) g) voorbeelde kan gee van proteïene en hulle funksies (p. 78, Tabel 5.1) h) 'n aminosuur kan uitken en aantoon hoe 'n peptiedbinding gevorm word (pp. 79-80, Fig. 5.18) i) die vier vlakke waarop proteïenstruktuur bestaan in verband kan bring met die chemiese bindings wat by elke vlak ter sake is (pp. 81-83, Fig. 5.21) j) primêre struktuur in verband kan bring met proteïen funksie en dat verandering van aminosuur volgorde met n verlies van proteïen funksie gepaard gaan (p. 84) k) proteïen vouing in verband kan bring met proteïen funksie en dat ontvouing of denaturasie met n verlies van proteïen funksie gepaard gaan (pp. 85-86) l) voorbeelde kan gee van nukleotiede en nukleïensure met hulle onderskeie funksies (pp. 86-88) m) die komponente van 'n nukleotied kan noem en verduidelik hoe hierdie monomere gekoppel word om 'n nukleïensuur te vorm (p. 87, Fig. 5.27) n) te verduidelik hoe genetiese informasie van DNA na RNA oorgedra word om proteïen sintese te spesifiseer (sg. sentrale dogma) (pp. 86-87) o) die struktuur van DNA en sy replikasie, waardeer genetiese 6
informasie behoue bly, kan bespreek (pp. 88-89) Hoofstuk 7 Membraan struktuur en funksie. a) t.o.v. membraanstruktuur die "vloeistof-mosaïekmodel" kan verduidelik deur die gegewens wat dit ondersteun te weergee (pp. 126-128, Fig. 7.7) b) die rangskikking van die lipiedkomponente in die membraan kan omskryf en 'n funksie van elke tipe membraankomponent kan gee, asook hoe dit aanleiding kan gee tot die vloeibaarheid van memrane (pp. 126-128) c) die rangskikking van die proteïen-komponente in die membraan kan omskryf en 'n funksie van elke tipe membraanproteïen kan gee (pp. 128-129, Fig, 7.9) d) osmose en diffusie kan definieer en verduidelik wat elkeen se belangrikheid in die selbiologie is (pp. 131-134) e) die voorkoms van sowel plant- as dierselle kan omskryf in isotoniese, hipotoniese, en hipertoniese oplossings (p. 133, Fig. 7.13) f) twee tipes transport wat m.b.v. draerproteïene plaasvind kan noem en voorbeelde van elkeen kan gee (pp. 136-137) g) endositose en eksositose kan vergelyk. Gee die name van 3 vorme van endositose en onderskei duidelik tussen hulle (pp. 138-139) Hoofstuk 8 Inleiding tot metabolisme. a) die twee energiewette kan gee wat belangrike gevolge vir alle lewensvorme inhou (pp. 144-145) b) die struktuur van ATP kan herken en die komponente kan benaam (p. 149, Fig. 8.8) c) beskryf die vorming van ATP en verklaar hoekom ATP as energie stoor kan dien en hoe ATP gebruik kan word om energie-eisende (endergonies) reaksies kan aandryf (pp. 149-151) d) aan die hand van die twee wette kan verduidelik waarom alle lewensvorme 'n buitebron van energie benodig (pp. 152-153) e) die struktuur en funksies van ensieme, asook die kondisies wat die opbrengs van beïnvloed, kan omskryf (pp. 151-155) f) die regulering van ensiemreaksies d.m.v. inhibisie kan omskryf en spesifiek 'n vergelyking kan tref tussen kompetatiewe, niekompetatiewe, en terugvoerinhibisie (p. 156) g) hoe dat die regulering van ensiem aktiwiteit metabolisme beheer (pp. 157-159) Hoofstuk 9 Sellulêre respirasie Oes van chemiese energie. a) energievloei deur ekosisteme kan beskryf (p. 162) b) beskryf hoe katabolisme energie vrystel deur die oksidasie van organiese brandstowwe (pp. 162-163) c) die gereduseerde en geoksideerde entiteite in 'n gegewe reaksie kan uitwys (p163) d) die funksie van die koënsiem NAD + kan omskryf (p. 165) 7
e) die stappe van sellulêre respirasie kan omskryf (p. 166) f) glikolise kan bespreek en in die bespreking, substraatvlakfosforilering verduidelik sowel as die begin- en eindprodukte van daardie reaksie in glikolise gee (pp. 167-169) g) sowel die aërobiese as anaërobiese verwerking van pirovaat kan omskryf (p. 170) h) hoe die produk van glikolise (pirovaat) omskep word na asetiel-koa (p. 170, Fig. 9.10) i) die si troensuursiklus kan bespreek met 'n uiteensetting van hoe verbindings daardeur wentel en ook die begin- en eindprodukte noem (pp. 170-171) j) die elektrontransportsisteem kan bespreek en verduidelik hoe dit bydra tot die vorming van ATP (pp. 172-177) k) die rangskikking van die elektrondraers in die mitochondriale binnemembraan kan omskryf en verduidelik hoe chemiosmotiese ATP-sintese plaasvind (pp. 173-175) l) die ATP-opbrengs per molekule glukose vir sowel glikolise as sellulêre respirasie bereken (pp. 176-177) m) beide laktaat- en alkoholiese gisting kan beskryf en wys op die evolusionêre belang van die gistingsproses (pp. 177-179) n) die metabolisme van vette en proteïene verduidelik en in die verduideliking aantoon hoe hulle tot die energielewerende metabolisme bydra (p. 180) o) die regulering van aërobiese respirasie kan verduidelik na gelang van die energiebehoeftes van die sel (p. 181) GENETIKA: MODULERAAMWERK Hoofstuk 12: Seldeling (p228-245) Lesing 1 Eukariotiese chromosome is hoogs-georganiseerde strukture Mitose vorm die sleutelfase van die selsiklus Beheer van die selsiklus: Die drie kontrolepunte Hoofstuk 13: Geslagsvoortplanting en Meiose (p248-261) Lesing 2 Meiose produseer haploïede selle vanaf diploïede selle Unieke eienskappe van meiose Meiose bestaan uit twee opeenvolgende kerndelings Hoofstuk 14: Oorerflikheidspatrone (p262-285) Lesing 3 Ontdekking van die Wette van Oorerflikheid Mendel en die tuin-ertjie Lesing 4 Mendel se model van oorerflikheid Monohibriede en Dihibriede Kruisings Mendeliese Oorerflikheid is nie altyd maklik analiseerbaar nie Veelvoudige Allele (ABO bloedgroepe) Gene is gelokaliseer op chromosome 8
Hoofstuk 16: DNA: Die Genetiese Materiaal (p305-323) Lesing 5 Lesing 6 Eksperimente wat die aard van genetiese materiaal onthul Die struktuur van DNA Replisering van DNA Hoofstuk 17: Gene en hul werking (p325-350) Lesing 7 Lesing 8 Lesing 9 Die Sentrale Dogma : DNA RNA Proteïen Genetiese inligting bestaan uit drieletter basisvolgordes Transkripsie vind plaas vóór translasie Eukariotiese geen-transkripte bevat introns wat uitgesplits word (modifikasie deur splytlassing) Hoofstuk 18: Beheer van Geen-uitdrukking (p351-380) Lesing 10 Transkripsie van die lac operon van E.coli word gereguleer deur AAN/AF skakeling GENETIKA: STUDIE-DOELSTELLINGS Aan die einde van die Genetika sub-module behoort u die volgende te kan doen: Hoofstuk 12: Seldeling 1) Die selsiklus kan beskryf 2) n Menslike chromosoom kan illustreer 3) "Supercoiling" van DNA in chromosome kan verduidelik 4) Onderskeid tref tussen seldeling in somatiese en kiemselle 5) Verskillende stadiums van mitose kan beskryf en illustreer 6) Kontrolepunte van die selsiklus kan beskryf Hoofstuk 13: Geslagsvoortplanting en Meiose 1) Meiose I en II kan beskryf 2) Mitose en Meiose te kan vergelyk met mekaar 3) Die belang van meiose verduidelik 4) Diversiteit en ooreenkomste tussen mense kan verklaar 9
Hoofstuk 14 Oorerflikheidspatrone 1) Verduidelik waarom n eienskap kan verdwyn in een generasie en weer te voorskyn kan kom in die volgende generasie 2) n Kort beskrywing van Mendel se eksperimente gee 3) Die terme homosigoties, heterosigoties, dominant en resessief kan definieer 4) Onderskei tussen genotipe and fenotipe 5) Die gebruik van n Punnet square kan demonstreer 6) Vyf faktore wat Mendeliese oorerflikheidspatrone kan beïnvloed kan noem (met voorbeelde) Hoofstuk 16: DNA: Die Genetiese Materiaal 1) n Eksperiment wat bewys dat die genetiese materiaal in die selkern voorkom kortliks kan beskryf 2) Die belang van Griffith se eksperimente op lewendige, nie-patogeniese en dooie patogeniese bakterieë (S.pneumoniae) kan verduidelik. 3) Die struktuur en komponente van DNA kan verduidelik 4) Die komponente van DNA replisering en hul rol tydens die repliseringsproses kan beskryf Hoofstuk 17: Gene en hul werking 1) Die Sentrale Dogma" kan definieer. 2) n Oorsig van transkripsie en molekules wat n rol speel tydens die transkripsieproses kan beskryf. 3) n Oorsig van translasie en die molekules wat n rol speel tydens die translasieproses kan beskryf. 4) Die Genetiese Kode kan definieer. 5) n Definisie van introns, eksons and mrna kan gee 6) Vyf verskille tussen bakteriële and eukariotiese geen-uitdrukking noem Hoofstuk 18: Beheer van Geen-uitdrukking 1) Die lac-operon van E.coli kan beskryf 2) Definisies van n operon, CAP site, lac repressor en inducer kan gee 10
EVOLUSIE: MODULERAAMWERK Die evolusie-kursus handel oor Hoofstukke 22-25 en bls 536-547 van Hoofstuk 26 van die voorgeskrewe handboek, Campbell & Reece (8ste uitgawe). Ons werk direk uit die handboek omdat u sodoende sekere vaardighede aanleer. Die handboek is die sleutel tot die kursus en die lesings verduidelik aan u hoe die slot werk. Hoofstuk 22 AFKOMS MET MODIFIKASIE Lesing 1 Kunsmatige seleksie, natuurlike seleksie en adaptasie; Bewyse vir evolusie o.a. direkte waarnemings, die fossielrekord, homologie, en biogeografiese bewyse. Hoofstuk 23 DIE EVOLUSIE VAN POPULASIES Lesing 2 Mutasies en geslagtelike voortplanting produseer genetiese variasie wat evolusie moontlik maak; Die Hardy-Weinberg vergelyking; Natuurlike seleksie, genetiese drywing en genevloei. Lesing 3 Voorbeelde van genetiese drywing o.a stigtings- en bottelnekeffekte; Natuurlike seleksie as die enigste meganisme wat tot voortdurende adaptiewe verandering lei. Hoofstuk 24 ONTSTAAN VAN SPESIES Lesing 4 Die biologiese spesiesbegrip; Voortplantings-isolasie; Ander definisies van spesies; Lesing 5 - Allopatriese spesiasie; Simpatriese spesiasie; Hibriedsones; Tempo van evolusie. Hoofstuk 25 GESKIEDENIS VAN LEWE OP AARDE Lesing 6 Toestande op die vroeë Aarde en die oorsprong van lewe; Die fossielrekord dokumenteer die geskiednis van lewe; Die ontstaan van eensellige organismes. Lesing 7 Die ontstaan van meersellige organismes en die besetting van land; Kontinentale drywing, massa-uitsterwings en adaptiewe radiasies; Evolusionêre effekte van ontwikkelingsgene; Evolusie van ontwikkeling; Evolusie as n nieuitkomsgebaseerde proses. Hoofstuk 26 FILOGENIE EN DIE BOOM VAN LEWE Lesing 8 Binominale nomenklatuur; Hiërargiese klassifikasie; Klassifikasie en Filogenie, Filogenieë afgelei uit morfologiese en molekulêre data; Kladistiek insluitende gedeelde voorvaderlike en gedeelde afgeleide kenmerke, proporsionele taklengtes, Parsimonie en Hoogste Waarskynlikheid (bl 536-547). 11
EVOLUSIE: STUDIE-DOELSTELLINGS Hierdie sub-module sal u in staat stel om: 1. Die handboek effektief as n naslaanbron te gebruik. 2. Die werking en die belang van evolusie te verstaan en te kan verduidelik. 3. Die verwantskap tussen die verskillende onderafdelings van evolusie te kan bespreek. 4. Te kan onderskei tussen hipotese en teorie. 5. U woordeskat van wetenskaplike terme aansienlik uit te brei. **************************************** 12