×
Get Full Access to University of Memphis - BIOL 1110 - Study Guide - Midterm
Get Full Access to University of Memphis - BIOL 1110 - Study Guide - Midterm

×

UNIVERSITY OF MEMPHIS / Biology / BIOL 1110 / What is the first law of thermodynamics?

# What is the first law of thermodynamics? Description

##### Description: This study guide covers chapters 7,8,10 and 11
10 Pages 5 Views 9 Unlocks
Reviews

Biology Exam Review

## What is the first law of thermodynamics?

Chapter 6 Energy

1. Define energy and distinguish between potential and kinetic energy. 6.1.1 Energy= the capacity to do work

Kinetic= energy of motion

Potential= stored energy

2. State the First Law of Thermodynamics. 6.2.1

Energy can neither be created or destroyed; only changed from one form to another

3. State the Second Law of Thermodynamics and describe how it applies to biological systems.  6.2.2

Disorder in the universe (entropy) is continuously increasing

4. Define entropy, enthalpy and free energy. Explain how chemical reactions can be predicted  based on changes in free energy. 6.2.3

Entropy= disorder of the universe

Enthalpy= the total energy in chemical bonds

Free energy= energy available to do work in a system

5. Distinguish between endergonic and exergonic reactions. Explain what is meant by a  spontaneous reaction. 6.2.3

## What are the three main kinds of work carried out by cells?

We also discuss several other topics like What is Canonical?

Endergonic= energy must be applied for a reaction to take place We also discuss several other topics like Was the Tonkin Gulf Resolution justified?

Exergonic= the reaction releases energy

Spontaneous= an exergonic reaction that happens without activation energy

6. Describe the three main kinds of work carried out by cells. Fig 6.7

Movement

Transport

Biosynthesis

7. Describe the structure of ATP and explain how ATP hydrolysis drives endergonic reactions.  6.3.1

ATP (adenosine triphosphate) A five carbon sugar: Ribose, Adenine: two carbon and         nitrogen rings, a chain of three phosphates.

If the bond releases more energy than the other reactions activation energy they are         coupled together.  Don't forget about the age old question of what is meiosis?

8. Describe energy coupling using ATP hydrolysis.

The hydrolysis of ATP is an exergonic reaction. It is paired with an endergonic           reaction to provide the activation energy that it needs.

## What is energy coupling using ATP hydrolysis?

Chapter 7 How Cells Harvest Energy

1. Distinguish between oxidation and reduction reactions. 6.1.2, 7.1.1

Oxidation is when an electron is lost

Reduction is when the electron is gained

2. Describe the structure of NAD, its role, and the role of B vitamins in energy metabolism. 7.1.2, p 124.

NAD= the most important electron carrier. Nicotinamide Monophosphate (NMP) and          adenosine monophosphate (AMP)

B vitamins= coenzymes (assists enzyme function and serve as electron acceptors) Don't forget about the age old question of How is urban agriculture expected to promote food justice?

3. Explain the process of glycolysis, including reactants, products, and energy yield. 7.2.1 One molecule of glycolysis yields two pyruvates and two ATP and NADH Takes place in the cytosol.

First three reactions “prime” glucose by changing the molecule to easily be cleaved The molecule is cleaved into two 3­carbon phosphorylated molecules (one is G3P, one          becomes G3P)

Each G3P is oxidized to NAD+ to form NADH. Also Pi is added to G3P to produce 1,3­         bisphosphoglycerate (BPG) which can be converted to ATP

4 more reactions convert BPG into pyruvates into ADP to yield 2 ATP per G3P

4. Describe two ways in which ATP is generated in cellular respiration. 7.1.3 Substrate­level phosphorylation­ phosphate is transferred to ADP via a phosphate bearing        intermediate

Oxidative phosphorylation­ ATP synthase, energy from the proton gradient is used to         oxidize ADP  Don't forget about the age old question of What is Direct Observation?

5. Name and describe the four stages of cellular respiration, identifying specifically where in the  cell (prokaryotic and eukaryotic) each occurs. Figure 7.5; 7.2. 7.3, 7.4

Glycolysis­ cytoplasm

Aerobic Respiration­ electrons from pyruvates combine with O to form H2O, cytoplasm? Fermentation­ Oxygen is unavailable, organic molecule accepts the electrons, cytoplasm  Krebs Cycle­ mitochondria (Eukaryotes) cytoplasm (prokaryotes)

Acetyl­CoA is formed before entering the cycle

Condensation­ Acetyl­ CoA is joined with oxaloacetate to form citrate

Isomerization­ two step rearrangement of the OH group on citrate= isocitrate The First Oxidation­ citrate is oxidized and reduces NAD+, then is

decarboxylated to form CO2 and a 5 carbon molecule (α­ketoglutarate)   The Second Oxidation­ α­ketoglutarate is decarboxylated to form succinyl­CoA       another NAD+ is reduced to NADH

Substrate­Level Phosphorylation­ The bond between the succinyl and CoA       groups is cleaved to ultimately form ATP. Succinate remains

The Third Oxidation­ Fumarate is formed from the oxidation and FAD is reduced      to FADH2

Regeneration of Oxaloacetate­ water is added to fumarate to form malate which        is then oxidized yielding oxaloacetate. NAD+ is reduced to NADH in the  process as

well

Electron Transport­ three chain system that pumps electrons across the membrane  NADH Hydrogenase is the first enzyme. A carrier called ubiquone passes       electrons to a protein cytochrome complex  We also discuss several other topics like where is the iroquois nation located?

Bc1 complex another carrier takes electrons to

Cytochrome c­ the uses four electrons to reduce a molecule of oxygen that forms                water with two protons

FADH2 skips the first step and joins straight with ubiquone

6. Describe two different metabolic pathways that pyruvate can enter. 7.2.2, 7.3.1, 7.7.2 Fermentation (lactic or ethanol)

Krebs cycle

7. Identify the reactants and products of pyruvate oxidation. 7.3.1

Pyruvate is oxidized and combined with Coenzyme A to form acetyl­CoA. It also           produces CO2 and NADH

8. Identify the reactants and products of the Krebs cycle and describe its role. 7.3.2 Reactants: Acetyl­CoA and oxaloacetate

The krebs cycle is to convert Acetyl­CoA into ATP and then all the way back to                  Oxaloacetate

9. Describe how the movement of electrons along the electron transport chain generates a proton  gradient. 7.4.1

Electrons are passed through each enzyme with the help of carrier proteins. Their                energy helps pump protons into the inner membrane

10. Explain chemiosmosis, including a description of how ATP synthase works. 7.4.2 Protons are already attracted to the mitochondria because it is negatively charged. The               diffusion of protons through the membrane drives the ATP synthase by turning it. The            turning helps form ATP from ADP and Pi

11. Explain the maximum yield of ATP from a molecule of glucose and the efficiency of this  energy conversion. 7.5

It yields 36­38 ATP It costs 2 ATP to start the reactions.

12. Explain why the maximum yield of ATP is rarely obtained. 7.8, Figs. 23.7, 31.1 (symport) Some protons may leak across the mitochondrial membrane so reducing the number of          protons to generate the proton motive force.

Some ATP produced is used to actively transport pyruvate into the mitochondria. Some ATP is used to bring hydrogen from reduced NAD made in glycolysis into the          cytoplasm of the mitochondria

13. Explain feedback regulation and describe two keys points at which it is used to regulate  cellular respiration. 6.5.2, 7.6.1 (The 3rd paragraph in 6.5.2, beginning with ”In the hypothetical pathway…”, refers to a figure that is not in our text.)

Feedback inhibition helps control when products are made from enzymes by binding to a           non­active site to change the shape of the enzyme

Phosphofructokinase is the point for glycolysis

The beginning of the krebs cycle is another point

14. Describe two ways that prokaryotes can produce ATP entirely anaerobically. 7.7 Ethanol Fermentation

Lactic Acid Fermentation

15. Describe fermentation, explain its role, and distinguish between ethanol and lactic acid fermentation.  7.7.2

In ethanol fermentation, Yeast enzymes remove a CO2 group from pyruvate to produce          acetaldehyde which accepts a pair of electrons from NADH to produce NAD+ and ethanol  Lactic acid fermentation converts pyruvates into lactic acid to regenerate NAD+ from          NADH.

16. Briefly describe how proteins and fats can be used to make ATP in cellular respiration. 7.8 Proteins are broken down to just a carbon chain through deamination then go through           glycolysis and the krebs cycle

Fatty acids go through β oxidation in which the carbon chains are broken down into  acetyl groups and then formed with coenzyme A to go through the krebs cycle

Chapter 8 Photosynthesis

1.Describe the four ways that organisms obtain carbon and energy. 23.4.1

Photoautotrophs­ produce energy for themselves from light (photosynthesis) Chemolithoautotrophs­ oxidize certain organic or inorganic molecules to produce energy Photoheterotrophs­ use light along with carbon obtained from other carbs or alcohols  Chemoheterotrophs­ ( decomposers) obtain carbon and energy from other organisms

2.Write the balanced equation for photosynthesis and identify which molecules are oxidized or reduced.  8.1.1

6CO2 + 6H2O ­­­­­­> C6H12O6 + 6O2

Oxidized: H2O

Reduced: CO2

3. Compare the structure of a chloroplast with that of a mitochondrion. 8.1.2 Chloroplasts: Have stroma, thylakoids and grana, only found in plants, produce oxygen         via photosynthesis

Mitochondria: contain cristae, folds and an inner membrane, found in all cells, aerobic         respiration

Both: provide cells with energy, have a double membrane, contain their own  RNA and           DNA, similar to enzymes and coenzymes

4. Describe the endosymbiotic origin of chloroplasts. 24.1.3

A photosynthetic bacterium was taken into a cell and through endosymbiosis became a          part of that cell

5. Identify specifically the location of the light reactions and carbon fixation in the  chloroplast.

Thylakoid membranes

Carbon fixation occurs during the Calvin cycle in the stroma

6. Identify the reactants and products of the Calvin cycle 8.6.2

7. Describe the three major phases of the Calvin cycle and the role of Rubisco. 8.6.1,  8.6.2

Carbon Fixation: Produces 2 3­carbon acid PGA

Reduction: PGA is reduced to form G3P

Regeneration: PGA is used to regenerate RuBP

It is where the reaction takes place

8. Describe the nature of electromagnetic radiation and visible light. 8.3.1 Visible light is between 400­740 nm in wavelength. Both that and electromagnetic           radiation act as both waves and particles, so they are called photons

9. Identify which wavelengths/colors of visible light are most effective in  photosynthesis. 8.3.2

400­500 nm and then 600­70 nm

10.Identify the major pigments involved in plant photosynthesis and the roles of  each. 8.3.2, 8.3.3

Chlorophyll a: absorbs between 400­460 nm and 640­740 nm

Chlorophyll b: absorbs between 450­500 nm and 600­680 nm

11.Differentiate between photosystem, antenna complex, reaction center. 8.4.2 Photosystem: a network of chlorophyll a molecules, accessory pigments, and associated        proteins within a protein matrix

Antenna complex: captures photons from sunlight and channels them to reaction centers

Reaction center: where the excited electrons are passed. Where the electron acceptor is

12.Explain the functions of photosystem I and of photosystem II. Explain why two  photosystems are required to reduce NADP. 8.5.2, 8.5.3

Photosystem II: absorbs photons, excites electrons, passes them to plastoquinon  Photosystem I: absorbs photons, excites electrons that are used to reduce NAD+ to           NADPH. These electrons are replaced by electron transport from photosystem I  They are used together to create a proton gradient for ATP synthase

13.Explain how photosynthesis generates O2. 8.2.3

O2  from water during photosynthesis

14.Describe how a proton gradient drives ATP synthesis in the chloroplast. 8.5.4 It operates the same as the ATP synthase in mitochondria

15.Compare chemiosmosis in chloroplasts and mitochondria. 7.4.2, 8.5.4 In Chloroplasts: light energy is transtered to ATP and NADPH, H+ diffuses out of the          thylakoid and into the stroma

In mitochondria: chemical energy from food is transferred to ATP and NADH, H+          diffuses across the inner membrane to the matrix

16.Compare the roles of CO2 and H2O in respiration and photosynthesis. In photosynthesis CO2 is being reduced, but in respiration H2O is reduced

Chapter 10 How Cells Divide

1. Describe the events of binary fission, prokaryotic cell division. 10.1.1, 10.1.2 Binary Fission: DNA replicates, is partitioned to different sides of the cell, the cell  elongates, The septum begins to form, once the septum is finished the cell splits into two

2. Describe the structure of a eukaryotic chromosome. 10.2.2

DNA strands are wrapped around histones (this is called a nucleosome)

The nucleosomes are further coiled into solenoid

The solenoid is organized into looped domains

The actual structure is unknown but theorized to be further looped into a radial pattern

3. Differentiate between chromosome, chromatin and chromatid. 10.2.2

Chromosome: DNA used during cell reproduction

Chromatin: uncoiled DNA and protein that make up the chromatid

Chromatid: Half of a chromosome

4. Describe the events of the 5 stages of the eukaryotic cell cycle. 10.3.1, 10.4.1  G1­ (Gap Phase 1) primary growth phase, filling the gap b/w cytokinesis and DNA                 synthase

S­ (synthesis) cell replicates DNA

G2­ (Gap Phase 2) second growth phase, fills gap b/w DNA synthase and mitosis,            microtubules reorganize into spindles

Mitosis­ spindle apparatus assembles, binds to the chromosomes, and moves chromatids  apart, divided into 5 phases

Cytokinesis­ cytoplasm divides

5. Describe the events that take place during each stage of the five stages of mitosis, including the  changes in the structure and position of the chromosomes at each step. 10.5.1­10.5.5 Prophase: condensed duplicated chromosomes appear, cytoskeleton disassembles, golgi           and ER disperse, nuclear envelope breaks down, Centrioles have been duplicated already  Prometaphase: Chromosomes attach to microtubules at kinetochores, chromosomes move          to equator

Metaphase: All chromosomes are in center (metaphase plate)

Anaphase: proteins in the centromere of chromosome is degraded, chromatin are pulled  to separate sides, spindle poles move apart

Telophase: chromosomes are clustered and begin to decondense, nuclear envelope re forms, Golgi complex and ER re­form

6. Describe the roles of tubulin and actin during eukaryotic cell division. 10.5 Tubulin forms the spindles that pull apart chromatin

Actin works during cytokinesis to create the cleavage furrow between daughter cells

7. During which phases of interphase and which stages of mitosis do chromosomes consist of 2  identical chromatids? During which phases and stages do chromosomes consist of single DNA  molecules? 10.3.1, 10.5

Synthesis and G2 all the way until metaphase

They are separated at Anaphase and aren’t replicated again until after cytokinesis

8. Compare cytokinesis in plant and animal cells. 10.5.6

Animal cells: actin pinches the cells in two (cleavage furrow)

Plant cells: cell plate forms in the middle before the cells are split

9. Explain the importance of checkpoints during the eukaryotic cell cycle. 10.6.2 They are points at which the cell can stop To assess internal state and to integrate external          signals as well.

10. Describe the functional relationship between cyclins and cyclin­dependent kinases (CDKs) and  the importance of these proteins in cell cycle regulation.  10.6.1, 10.6.3

Cyclins bind to CDK’s in order to trigger cell division. They are a marker for when the  cell needs to divide to stay at its most efficient operation

Chapter 11 Sexual Reproduction and Meiosis

1. Differentiate between haploid and diploid numbers of chromosomes in a species. 10.2.1 Haploid: number of chromosomes to define an organism

Diploid: twice the haploid number

Ex. Haploid number for humans= 23, diploid= 46

2. Compare the number of chromosomes in gametes and zygotes 11.1.1

Gametes: (egg or sperm cells) half of the chromosomes

Zygotes: (egg fertilized by sperm) total number of chromosomes

3. Describe the sexual life cycle in animals. Distinguish between somatic and germ­line cells.  11.1.2

Somatic cells: nonreproductive cells

Germ­line cells: cells that undergo sexual reproduction

Zygotes undergo mitotic divisions and give rise to all cells in the body

4. Distinguish between homologous chromosomes, sister chromatids, and non sister chromatids. 10.2.2, Fig. 10.6

Homologous chromosomes: maternal and paternal copies of the same chromosome  Sister Chromatids: two replicas of a single chromosome

Non­sister Chromatids: one strand is from the mother the other is from the father

5. Describe the process and consequences of homologous pairing, including  crossing over. 11.2.1-11.3.1

Synapsis: pairing of homologous chromosomes

These homologues are connected by the synaptonemal complex which they can                 interchange parts through crossing over.

6. Describe the differences in chromatid cohesion in meiosis and mitosis. 11.2.1 In meiosis the homologues overlap and cross some of their DNA over before splitting

7. Differentiate between the alignment of the chromosomes during metaphase of  mitosis, metaphase I of meiosis, and metaphase II of meiosis. 10.5.3, 11.3.2,  11.3.5

In metaphase for mitosis each chromosome goes to the metaphase plate in the middle.           The same is true for metaphase II in meiosis, but in metaphase I the only difference is that            it is homologues in the center

8. Identify what 3 events, unique to meiosis, occur during meiosis I. 11.3.1 – 11.3.2 There is monopolar attachment of kinetochores of sister chromatids

There are homologues instead of just chromosomes

The microtubules are connected to the kinetochores of homologues

9. Differentiate between how chromosomes or chromatids separate during  anaphase of mitosis, anaphase I of meiosis and anaphase II of meiosis. 10.5.4,  11.3.3, 11.3.5

Anaphase I results in both sister chromatids remaining together after the homologue is       broken, Anaphase II the sister chromatids are finally separated just like in anaphase for mitosis

10.Understand how and at what stage(s) chromosomes assort independently during meiosis. Fig. 11.6, 11.5.1

Metaphase I homologues align independently. The number of possible alignments is 2n where n is the haploid number of chromosomes.

11.Explain differences between mitosis and meiosis that result in identical vs. non identical products, respectively. 1.4.1, Fig 11.7

The homologues that cross over will cause the non­identical products in meiosis

12.Compare mitosis and meiosis II. 11.3.5

Mitosis and meiosis II are the same processes

13.Identify the four distinct features of meiosis and describe their molecular  mechanisms 11.4.1

Homologous pairing: prophase I paring of homologues

Sister chromatid cohesion: homologues separate in anaphase I and chromatids separate in           anaphase II

Sister kinetochores: monopolar kinetochore attachment

Replication is suppressed between meiotic divisions: to properly replicate meiotic DNA            the replication must be suppressed

14.Explain the ways in which meiosis and sexual reproduction increase genetic  variability and why this variability is important 11.5.1

Independent assortment is the reason for variability which is important because genetic            diversity is a key factor in evolution

Chapter 12: Patterns of Inheritance

1. Explain how Mendel’s particulate theory of inheritance differed from the blending theory of  inheritance. 12.2

2. Explain how chromosomal separation at anaphase I of meiosis leads to segregation of alleles  in gametes and Mendel’s law of segregation. 12.2.2

3. Distinguish between: gene/allele/loci; dominant/recessive; homozygous/heterozygous;  genotype/phenotype. 12.2.2

4. Explain the relationship of an allele to a gene. 12.2.2

5. Use a Punnett square to predict the results of a monohybrid cross, stating the phenotypic and  genotypic ratios of the F2 generation. 12.2.3

6. State Mendel’s law of independent assortment and describe how this law can be explained by the behavior of chromosomes during meiosis. 12.3.1

7. Use a Punnett square to predict the results of a dihybrid cross and state the phenotypic and  genotypic ratios of the F2 generation. 12.3.1

8. Explain how genotype determines phenotype. 12.5

9.  Explain polygenic inheritance and quantitative traits. Give some examples. 12.6.1  10.  Explain the genetic basis of pleotropic effects on inheritance. Give some examples. 12.6.2.

11.  Explain how the phenotypic expression of a heterozygote is affected by complete (simple)       dominance, incomplete dominance, and codominance. 12.6.4

12. Explain how phenotypes can be affected by the environment. Give some examples.  12.6.5

Page Expired
It looks like your free minutes have expired! Lucky for you we have all the content you need, just sign up here
References: