New User Special Price Expires in

Let's log you in.

Sign in with Facebook


Don't have a StudySoup account? Create one here!


Create a StudySoup account

Be part of our community, it's free to join!

Sign up with Facebook


Create your account
By creating an account you agree to StudySoup's terms and conditions and privacy policy

Already have a StudySoup account? Login here

Chapter 2

by: Abbie McCollough

Chapter 2 BIOL1020

Abbie McCollough

Preview These Notes for FREE

Get a free preview of these Notes, just enter your email below.

Unlock Preview
Unlock Preview

Preview these materials now for free

Why put in your email? Get access to more of this material and other relevant free materials for your school

View Preview

About this Document

Chapter 2
Principles of Biology
Scott Bowling
Class Notes
25 ?




Popular in Principles of Biology

Popular in Department

This 15 page Class Notes was uploaded by Abbie McCollough on Wednesday December 9, 2015. The Class Notes belongs to BIOL1020 at Auburn University taught by Scott Bowling in Fall 2015. Since its upload, it has received 22 views.


Reviews for Chapter 2


Report this Material


What is Karma?


Karma is the currency of StudySoup.

You can buy or earn more Karma at anytime and redeem it for class notes, study guides, flashcards, and more!

Date Created: 12/09/15
BIOL 1020 - CHAPTER 1 LECTURE NOTES Chapter 1: Introduction – The Science of Biology 1. Discuss in your group how the scientific method works, and the difference between inductive and deductive reasoning.   Come up with examples of inductive and deductive reasoning.   Do NOT worry about learning the scientific method as “step one – step two – etc.” 2. Discuss testable models, including terms for them and why “testable” matters.  How does this relate to the supernatural? 3. Explain the characteristics of living matter to each other.   Answer the “Fido” question (will be given in class). 4. Discuss the role of information in life, and how it is dealt with (on the molecular level). 5. Explain to each other the binomial system and taxonomic hierarchy.  What is a species name?  What do the two words in a species name represent, and how do you write them?  How will you memorize the hierarchy? 6. What are the three domains and six kingdoms?  How do you decide which kingdom to put a eukaryote into? 7. What is the importance of energy in living systems?  What are autotrophs and heterotrophs? I.    Biology is Studied Using the Scientific Method A. Science is based on a systematic thought process. 1. Deductive reasoning ­ Summarize the information at hand and draw conclusions from that information; proceeds from  the general to the specific. 2. Inductive reasoning ­ Drawing a generalization from several specific observations; proceeds from the specific to the  general.  Must be careful, because it is impossible to prove the accuracy of the generalization. 1 of 6 BIOL 1020 - CHAPTER 1 LECTURE NOTES B. Observations, testable models, and experiments 1. The scientific method is a recursive process for discovering knowledge that involves making observations, making  testable models, and conducting experiments. 2. First step involves collecting information and/or summarizing existing observations about the phenomenon under  study. 3. This permits the formulation of a hypothesis, a testable model that explains the existing observations and makes  predictions that can be tested. 4. An experiment is conducted to test the correctness of the hypothesis  Experimental or treatment group ­ the individuals given the specific treatment or condition being tested  Control group ­ the individuals not given the specific treatment 5. Observation and measurement of the experimental and control groups and comparison of the data obtained provides  evidence to either support or reject the hypothesis. 6. Care must be taken that the experimental and control groups receive the same treatments except for the specific effect  being tested.  Example: the placebo effect. 7. The recursive nature of the process: experiments provide more observations, and at any time more observations may be  added in and more testable models may be produced; this may in turn lead to more experiments, and the process  continues.  This generally leads to progress towards more and more reliable models of how nature works.  Creative  thinking often plays a major role when rapid progress occurs.  C. Hypothesis, theory, and law 1. A well supported hypothesis that links together a large body of observations is considered a theory. 2. A theory that links together significant bodies of thought and yields unvarying and uniform predictions over a long  period of time becomes considered a principle or law. D. The supernatural, by definition, is outside the bounds of science.  Supernatural causes and effects cannot be proved or  disproved. E. science and technology – the goal of science is to understand nature; the goal of technology is to apply scientific knowledge  for a specific purpose II. Characteristics of Living Matter A. Living things are composed of cells. 2 of 6 BIOL 1020 - CHAPTER 1 LECTURE NOTES 1. Cell ­ The basic structural and functional unit of life consisting of living material bounded by a membrane.  The smallest unit of living things capable of growth and development. 2. Unicellular ­ An organism consisting of a single cell. 3. Multicellular ­ An organism consisting of more than one cell. B. Living things grow and develop. 1. Growth­increase in size because number of cells or size of cells increases. 2. Development­changes in roles of cells during the life cycle of an organism. C. Metabolism includes the chemical processes essential to growth and repair. 1. Metabolism ­ the sum of the chemical reactions and energy transformations that take place within a cell. 2. Homeostasis ­ the tendency of an organism to maintain a relatively constant internal environment.  D. Living things respond to stimuli (stimulus ­ physical or chemical changes in the internal or external environment of an  organism) E. Living things reproduce. 1. Asexual reproduction – copying; reproduction not involving sex (genetic recombination); resulting from only cell  division. 2. Sexual reproduction – reproduction involving sex; typically involves the formation of specialized egg and sperm cells  and their fusion to produce a zygote which grows and develops into a new organism. III. Information Transfer in Living Systems A. Information must be transferred from one generation to the next. 1. DNA (deoxyribonucleic acid) is responsible for information transfer from one generation to the next. 2. DNA is the chemical substance that makes up genes, the units of heredity. B. Information must be transferred from one cell generation to the next. C. Information is exchanged between cells. 1. Hormones are chemical signals used for intercellular signaling. 2. Physical signals also lead to intercellular communication, e.g. nerve cells. IV. Biological Organisms Show Great Diversity 3 of 6 BIOL 1020 - CHAPTER 1 LECTURE NOTES A. Biologists use a binomial system for classifying organisms. 1. Taxonomy ­ the science of classifying and naming organisms. 2. Carolus Linnaeus (18  century Swedish botanist) developed a system of classification that is the basis of what is used  today 3. Species ­ basic unit of classification or taxonomy  if sexual, a group of organisms that can interbreed and produce fertile offspring  if asexual, grouped based on similarities (DNA sequence is best)  about 1.8 million living species have been described, likely millions more 4. Genus ­ a group of closely related species. 5. Together the genus and specific epithet names make up the binomial name used to name a species  The Genus name is always capitalized, and the specific epithet is never capitalized.   The Genus and specific epithet are always together, and italicized (or underlined).  Example: Homo sapiens or Homo sapiens B. Taxonomic classification is hierarchical. 1. A group of related genera make up a Family. 2. Related families make up an Order. 3. Related orders are grouped into a Class. 4. Related classes are grouped into a Phylum or Division. 5. Related phyla or divisions are grouped into a Kingdom. 6. Related kingdoms are grouped into a Domain, the highest level of classification in the modern system. 7. The gold standard for “related” is based on DNA sequence similarities, but other criteria are used as well (we don’t have  the complete DNA sequence of all known species) C. The most widely accepted classification system today includes three domains and six kingdoms 4 of 6 BIOL 1020 - CHAPTER 1 LECTURE NOTES 1. Two domains consist of prokaryotes, organisms with no true cellular nucleus  Domain Archaea – Kingdom Archaebacteria – bacteria typically found in extreme environments; distinguished  from other bacteria mainly by ribosomal RNA sequence; include methanogens, extreme halophiles, and extreme  thermophiles  Domain Bacteria – Kingdom Eubacteria – very diverse group of bacteria; examples: blue­green algae, Escherichia coli 2. One domain, Eukarya, consists of eukaryotes, organisms with a discrete cellular nucleus; it is divided into four  kingdoms:  Kingdom Protista – Single celled and simple multicellular organisms having nuclei, and not fitting into the other  three eukaryotic kingdoms.  Includes protozoa, algae, water molds, and slime molds.  Kingdom Plantae – Plants are complex multicellular organisms having tissues and organs.  Plant cells have walls  containing cellulose as the main structural component.  Most are photosynthetic, and those that are have  chlorophyll in chloroplasts.  Kingdom Fungi – Organisms with cell walls containing chitin as the main structural component.  Most are  multicellular.  Most are decomposers. Includes molds and yeasts as well as mushrooms, etc.  Kingdom Animalia – Complex multicellular organisms that must eat other organisms for nourishment.  No cells  walls.  Typically have organs and organ systems.  Most forms are motile. V. Life Depends on a Continuous Input of Energy A. At the cellular level part of the energy that is obtained from nutrients is utilized to synthesize new cellular components. 1. Used for maintenance of existing cellular structures and components (replacement of damaged or worn out materials  within the cell) 2. Used to produce materials to support growth, development, and reproduction B. Part of the energy obtained from nutrients is used to support:  1. Movement, either of cell itself or of materials into and out of the cell 2. Signaling responses, such as hormone production and perception, nerve impulses, etc. 3. Other forms of cell work, such as symbiotic relationships with other organisms, defense against pathogens C. Energy flows through ecosystems (the concept of a food chain or food web). 1. Producers (autotrophs) manufacture their own food from simple materials 5 of 6 BIOL 1020 - CHAPTER 1 LECTURE NOTES  usually produce food by the process of photosynthesis: Carbon dioxide  +  Water  +  light energy ───> Carbohydrate (food)  +  Oxygen  use such food by oxidative respiration Carbohydrate (food)  +  Oxygen ───> Carbon dioxide + Water + energy  overall, producers use carbon dioxide and water and release food and oxygen 2. Consumers (heterotrophs) obtain energy by eating other organisms (ultimate source of food is producers); use food and oxygen, and release carbon dioxide and water 3. Decomposers obtain energy by breaking down the waste products, by products, and dead bodies of producers and  consumers.  Usually bacteria and fungi. VI. Themes that pervade biology A. The cell B. Information management (heritable information, regulation, and interaction with the environment) C. Energy management D. Structure and function E. Unity and diversity F. Emergent properties G. Evolution – the core unifying theme that explains much of the observations connected with the other themes H. In addition, an awareness of the process scientific inquiry and the application of science (technology) are important aspects of any study of biology. 6 of 6 BIOL 1020 - CHAPTER 2 LECTURE NOTES Chapter 2:  You must understand chemistry to understand life 1. Describe the difference between the terms “element” and “atom”.  What are chemical symbols, and what is the periodic table? 2. Draw a model of a neutral atom with atomic number 6 and atomic mass 12,  and compare with your groupmates. 3. Draw a model of a neutral atom with atomic number 6 and atomic mass 14,  and compare with your groupmates.  Then compare with the previous atom  that you drew and discuss isotopes. 4. What are electron orbitals?  What is the valence shell?  How does the  valence shell relate to chemical reactivity of an atom? 5. As a group, draw a Venn diagram for the following terms: molecule,  compound.  Then place the following in the diagram: O , Na2l, H O 2 6. Discuss moles, atomic mass units, and Avogadro’s number.  Why use moles  instead of just mass?  Discuss the water and glucose problem. 7. What is a covalent bond?  What do polar and nonpolar mean for covalent  bonds?  Give an example of each. 8. What are ions?  What are cations and anions?  What is an ionic bond?  Give an example. 9. What are hydrogen bonds?  Draw an example. 1 of 9 BIOL 1020 - CHAPTER 2 LECTURE NOTES 10. Discuss the chemical equations in the notes and the terms there (reactant, product, equilibrium). 11. What is a redox reaction, and how does it relate to movement of electrons and movement of energy?  What gets oxidized/reduced in the following:  making NaCl; rusting iron  What gains/loses energy in each case? 2 of 9 BIOL 1020 - CHAPTER 2 LECTURE NOTES Overview: In many ways, life can be viewed as a complicated chemical reaction.  Modern models of how life works at all levels  typically have at least some aspect of chemistry as a major component or underpinning. I. Elements and Atoms A. elements – substances that cannot be further broken down into other substances (at least by ordinary chemical reactions) 1. every element has a chemical symbol (H for hydrogen, O for oxygen, etc.); this is most familiar from the periodic table 2. there are 92 naturally occurring elements, from hydrogen up to uranium  4 elements (O, C, H, N) make about 96% of the mass of most living things  8 others are consistently present in small amounts in living things (Ca, P, K, S, Na, Mg, Cl, Fe)  several others are typically found only in trace amounts (trace elements); these tend to vary considerably in amount  and even presence depending on the type of organism B. an atom is the smallest unit of an element that still retains the properties of that element C. atoms consist of subatomic particles 1. electron ­ contributes no significant mass to the atom, but carries a (­1) electrical charge 2. proton ­ contributes a mass of approximately 1 mass unit, and carries a (+1) electrical charge 3. neutron ­ contributes a mass of approximately 1 mass unit, and carries no net electrical charge 4. protons and neutrons are found in the nucleus (center) of an atom 5. elements differ from each other because they contain different numbers of protons (all hydrogen atoms contain 1 proton,  all carbon atoms contain 6 protons, all oxygen atoms contain 8 protons, etc.)  atomic number = number of protons in the nucleus  the periodic table has elements arranged largely according to atomic number 6. protons + neutrons determine atomic mass  each contribute ~1 atomic mass unit (amu, or Dalton)  atoms that have the same number of protons but have different numbers of neutrons (therefore different masses) are  referred to as isotopes D. atomic nuclei can undergo changes (decay) 3 of 9 BIOL 1020 - CHAPTER 2 LECTURE NOTES 1. some elements are more stable than others 2. some isotopes are more stable than others (most unstable = radioisotopes) 3. decay rates are statistical averages; used for measuring time passage in many areas of science (carbon dating, etc.) 4. the radiation emitted upon decay (alpha, beta, and/or gamma) can be used as a tool for experiments; can also be used  medically; has other uses and dangers (nuclear power, nuclear bombs, radiation poisoning, etc.) 5. radiation can cause mutations in DNA, can interfere with cell division E. electrons occupy orbitals surrounding the nucleus and move at the speed of light 1. because ATOMS are electrically neutral the number of electrons an atom has always equals the number of protons 2. electrons can exist at different energy levels, which correspond to orbitals  the further away an orbital carries an electron from the nucleus, the higher the energy level of the electron  electrons with similar energies make up an electron shell 3. the outer electron(s) are known as the valence electron(s); collectively, they occupy the valence shell 4. the chemical properties of an atom are largely determined by the valence electrons F. the science of chemistry mostly involves study of how electrons move about the nucleus, store energy, and determine  chemical properties of substances as a result II. Describing Atomic Combinations A. atoms combine to form molecules and compounds 1. molecule – two or more atoms held together by covalent bonds (defined later)  may be composed of one or more elements (examples: O , H O)2 2  not all substances are molecular (NaCl, table salt, isn’t)  if a substance is molecular, then an individual molecule is the smallest unit of the substance that exhibits the  properties of the substance  thus, a molecule differs in its physical and chemical properties from the elements that make it up 2. compound ­ a specific combination of two or more different elements chemically combined in a fixed ratio 4 of 9 BIOL 1020 - CHAPTER 2 LECTURE NOTES  compounds have unique physical and chemical properties that differ from those of the elements used to make it  some compounds are held together by covalent bonds and are therefore molecular;  some are held together by ionic  bonds (defined later) B. chemists use two types of formulas to describe substances 1. chemical formula ­ a shorthand formula showing the number of atoms of each element present in a molecule  often called molecular formula if a molecule is involved; examples: H2O, CO 2 O 2 C6H 12 6  follows simplest ratio for ionic substances (NaCl, etc.) 2. structural formula ­ shows the arrangement of atoms in a molecule  examples:  water H─O─H  carbon dioxide O═C═O  molecular oxygen O═O C. the number of units of a substance are described using the mole 1. molecular mass is the sum of the atomic masses of the atoms in the molecule 2. since the actual mass of an atom is extremely small, it is convenient in the real world to work with a large number of  atoms at the same time 3. The amount of a substance that in grams has the same number as the atomic mass is a mole 4. Thus, water has molecular mass 1+1+16 = 18; a mole of water has a mass of 18 g 5. The mole is simply a conversion factor from the small scale of atomic mass units to the more familiar gram scale  the factor represents the number of units (molecules or atoms) in a mole  this factor, called Avogadro’s number, is 6.02 x 10  atoms or molecules III. Chemical Bonds Hold Molecules Together and Store Energy A. recall that electrons in the outermost shell of an atom (valence electrons) determine the chemical behavior of the atom, i.e.  what type and how many chemical bonds it can readily form 5 of 9 BIOL 1020 - CHAPTER 2 LECTURE NOTES B. most atoms in biological systems seek to have 8 electrons in their outermost shell (hydrogen seeks to have 0 or 2 electrons in  its outermost shell) C. since atoms have the same number of electrons as protons, they meet this need to have a full valence shell by sharing, giving  up, or acquiring electrons from other atoms; this forms chemical bonds 1. a chemical bond is a reduced energy state 2. bond energy is the amount of energy required to break a particular chemical bond D. there are two principle types of strong chemical bonds 1. covalent bonds ­ electrons are shared between two atoms 2. ionic bonds ­ one atom completely gives up an electron to another atom E. covalent bonds 1. result in filled valence shells 2. electrons are shared in pairs 3. a single electron pair shared = a single covalent bond 4. double and triple covalent bonds are also possible 5. carbon forms 4 covalent bonds 6. covalent bonds give molecules definite shapes  the shared atomic orbitals require definite spatial arrangements that depend on the atoms involved in the bond 7. covalent bonds can be nonpolar (equal sharing of electrons) or polar (unequal sharing of electrons)  polar bonds result if one nucleus holds a stronger attraction on the electron pair  molecules with polar bonds (polar molecules) have regions with partial charges F. ionic bonds 1. when an atom gains or gives up one or more electrons, it is called an ion  cations ­ ions that have lost one or more electrons; have a positive charge 6 of 9 BIOL 1020 - CHAPTER 2 LECTURE NOTES  anions ­ ions that have gained one or more electrons; have a negative charge  the suffix –ide indicates an anion 2. polyatomic ions can also form  covalently bound atoms that lose or gain electrons or protons  only polyatomic ions can lose or gain protons  polyatomic cations = positive charge; polyatomic anions = negative charge 3. an ionic bond is formed by the attraction between a cation and an anion 4. an ionic compound is a substance held together by ionic bonds  ionic compounds dissociate into individual ions when dissolved in a polar substance, such as water  hydration – surrounding the ions with the ends water molecules with the opposite (partial) charge G. hydrogen bonds  1. weak interactions involving partially (+) charged hydrogen atoms 2. the interaction is with another atom with a partial (­) charge 3. can be within the same (large) molecule, or between molecules 4. hydrogen bonds are common and important in living things  water forms hydrogen bonds  because they are weak, hydrogen bonds are relatively easy to manipulate  collectively, hydrogen bonds can be very strong – they hold together the two strands of DNA, for example H. In aqueous systems (such as living organisms), the typical relative bond strengths are: covalent bond > ionic bond > hydrogen bond IV. Chemical Equations Describe Chemical Reactions 7 of 9 BIOL 1020 - CHAPTER 2 LECTURE NOTES A. Reactants are written on the left B. Products are written on the right C. an arrow ( ) is used to show the direction the reaction proceeds  C H O   + 6 O    6 CO   +  6 H O  + Energy 6 12 6 2 2 2 D. double arrows of equal lengths ( ) indicate equilibrium reactions (reactions proceeding simultaneously at equal  rates in both directions) N 2 +  3 H 2  2 NH 3 E. Sometimes, different lengths of double arrows are used to indicate which direction is favored CO  2+  H O2    H 2O 3 V. Oxidation­Reduction Reactions (redox reactions) Are Common in Biological Systems A. oxidation is a chemical process in which an atom, molecule, or ion loses an electron(s) B. reduction is the opposite – an electron is gained (charge is reduced) C. oxidation and reduction are always paired (hence redox reactions) D. example: rusting 1. when iron rusts, iron oxide is formed by the oxidation of iron; this can be described by a chemical reaction as shown  below:  4 Fe  +  3 O  2  2 Fe 2 3 2. during the process iron atoms (Fe) become iron ions (Fe ): 3+  4 Fe   4 Fe   + 12 e ­ 3. therefore, we can say that iron atoms were oxidized to produce iron ions above 4. on the flip side, the oxygen atoms gain electrons; we can say that the oxygen is reduced in the reaction:  3 O   +  12 e ­  6 O 2­ 2 E. oxygen is the most common oxidizing agent (hence the general term oxidation) 8 of 9 BIOL 1020 - CHAPTER 2 LECTURE NOTES F. in biological systems, typically molecules are oxidized and reduced 1. very important in many processes such as photosynthesis, respiration 2. electrons are less easily lost from molecules than from atoms  molecules typically will lose the equivalent of a complete hydrogen atom when oxidized  this means that both a proton and an electron are removed from the oxidized molecule and may be added to the  reduced molecule  thus, counting charge changes is not sufficient for analyzing redox reactions – look for movement of electrons in  redox reactions involving biological molecules 9 of 9


Buy Material

Are you sure you want to buy this material for

25 Karma

Buy Material

BOOM! Enjoy Your Free Notes!

We've added these Notes to your profile, click here to view them now.


You're already Subscribed!

Looks like you've already subscribed to StudySoup, you won't need to purchase another subscription to get this material. To access this material simply click 'View Full Document'

Why people love StudySoup

Steve Martinelli UC Los Angeles

"There's no way I would have passed my Organic Chemistry class this semester without the notes and study guides I got from StudySoup."

Janice Dongeun University of Washington

"I used the money I made selling my notes & study guides to pay for spring break in Olympia, Washington...which was Sweet!"

Jim McGreen Ohio University

"Knowing I can count on the Elite Notetaker in my class allows me to focus on what the professor is saying instead of just scribbling notes the whole time and falling behind."


"Their 'Elite Notetakers' are making over $1,200/month in sales by creating high quality content that helps their classmates in a time of need."

Become an Elite Notetaker and start selling your notes online!

Refund Policy


All subscriptions to StudySoup are paid in full at the time of subscribing. To change your credit card information or to cancel your subscription, go to "Edit Settings". All credit card information will be available there. If you should decide to cancel your subscription, it will continue to be valid until the next payment period, as all payments for the current period were made in advance. For special circumstances, please email


StudySoup has more than 1 million course-specific study resources to help students study smarter. If you’re having trouble finding what you’re looking for, our customer support team can help you find what you need! Feel free to contact them here:

Recurring Subscriptions: If you have canceled your recurring subscription on the day of renewal and have not downloaded any documents, you may request a refund by submitting an email to

Satisfaction Guarantee: If you’re not satisfied with your subscription, you can contact us for further help. Contact must be made within 3 business days of your subscription purchase and your refund request will be subject for review.

Please Note: Refunds can never be provided more than 30 days after the initial purchase date regardless of your activity on the site.