Química de la Vida

Idea principal 4 — Interacciones entre sistemas: Los sistemas biológicos interactúan, y estos sistemas y sus interacciones exhiben propiedades complejas.

Objetivo de aprendizaje 1.1.A: Explicar cómo las propiedades del agua que resultan de su polaridad y sus enlaces de hidrógeno afectan su función biológica.

• 1.1.A.1 Los sistemas vivos dependen de las propiedades del agua para mantener la vida.
  • 1.1.A.1.i El agua tiene polaridad debido a la formación de enlaces covalentes polares entre el hidrógeno y el oxígeno dentro de las moléculas de agua. Esta polaridad contribuye al enlace de hidrógeno entre y dentro de las moléculas biológicas.
  • 1.1.A.1.ii El agua tiene una alta capacidad calorífica específica, lo que permite mantener la temperatura corporal homeostática en los organismos vivos.
  • 1.1.A.1.iii El agua tiene un alto calor de vaporización, lo que permite el enfriamiento evaporativo del entorno circundante. En los organismos vivos, esta propiedad permite mantener la temperatura corporal.
• 1.1.A.2 Los enlaces de hidrógeno entre moléculas de agua polares adyacentes dan lugar a la cohesión, la adhesión y la tensión superficial.

Idea central 2 — Energetica: Los sistemas biológicos utilizan energía y bloques de construcción moleculares para crecer, reproducirse y mantener una homeostasis dinámica.

Objetivo de aprendizaje 1.2.A: Describir la composición de las macromoléculas necesarias para los organismos vivos.

• 1.2.A.1 Los átomos y moléculas del entorno son necesarios para construir nuevas moléculas. El carbono, el hidrógeno y el oxígeno son los elementos más abundantes utilizados para construir moléculas biológicas como carbohidratos, proteínas, lípidos y ácidos nucleicos. Además:
  • 1.2.A.1.i El azufre se utiliza en la construcción de proteínas.
  • 1.2.A.1.ii El fósforo se utiliza en la construcción de fosfolípidos (un tipo de lípido) y ácidos nucleicos.
  • 1.2.A.1.iii El nitrógeno se utiliza en la construcción de ácidos nucleicos.

Idea Principal 4 — Interacciones de los sistemas: Los sistemas biológicos interactúan, y estos sistemas y sus interacciones exhiben propiedades complejas.

Objetivo de Aprendizaje 1.3.A: Describir las reacciones químicas que construyen y descomponen las macromoléculas biológicas.

• 1.3.A.1 La hidrólisis es una reacción química que implica la ruptura de enlaces covalentes. Este tipo de reacción descompone moléculas en moléculas más pequeñas. Cuando se añade agua al enlace entre monómeros en un polímero, el enlace se rompe. El ion de hidrógeno de una molécula de agua se añade a un monómero y el grupo hidroxilo de la molécula de agua se añade al otro monómero, completando así la reacción.
• 1.3.A.2 La síntesis por deshidratación ocurre cuando dos moléculas más pequeñas se unen mediante enlaces covalentes. Se elimina un ion de hidrógeno de un monómero y un grupo hidroxilo del otro. Esto provoca la pérdida de lo equivalente a una molécula de agua de los reactivos y la conexión de los dos monómeros restantes. La unión de muchos monómeros se conoce como polimerización.

Idea Principal 4 — Interacciones de Sistemas: Los sistemas biológicos interactúan, y estos sistemas y sus interacciones exhiben propiedades complejas.

Objetivo de Aprendizaje 1.4.A: Describir la estructura y función de los carbohidratos.

• 1.4.A.1 Las monosacáridas (azúcares simples) son los monómeros de los polisacáridos (carbohidratos complejos). Estos monómeros están unidos mediante enlaces covalentes para formar polímeros como los carbohidratos complejos, que pueden ser lineales o ramificados.
  • Ejemplos ilustrativos para 1.4.A.1:
    • Celulosa
    • Almidón
    • Glucógeno
  • Afirmación de exclusión: La estructura molecular de polímeros específicos de carbohidratos está fuera del alcance del Examen AP.

Idea Principal 4 — Interacciones de sistemas: Los sistemas biológicos interactúan, y estos sistemas y sus interacciones exhiben propiedades complejas.

Objetivo de aprendizaje 1.5.A: Describir la estructura y función de los lípidos.

• 1.5.A.1 Los lípidos son típicamente moléculas no polares e hidrofóbicas cuya estructura y función se derivan de la manera en que se ensamblan sus subcomponentes. Los ácidos grasos pueden describirse como saturados o insaturados.
  • 1.5.A.1.i Los ácidos grasos saturados contienen solo enlaces simples entre los átomos de carbono.
  • 1.5.A.1.ii Los ácidos grasos insaturados contienen al menos un doble enlace entre los átomos de carbono, lo que provoca una curvatura en la cadena de carbonos.
  • 1.5.A.1.iii Cuantos más dobles enlaces tenga la cola de un ácido graso, mayor será la insaturación del lípido.
  • 1.5.A.1.iv Cuanto más insaturado sea un lípido, más líquido es a temperatura ambiente.
• 1.5.A.2 Los lípidos proporcionan una variedad de funciones para los organismos vivos. Algunos ejemplos de lípidos son las grasas, los esteroides (incluyendo el colesterol) y los fosfolípidos.
  • 1.5.A.2.i Las grasas proporcionan almacenamiento de energía y apoyo a la función celular. En algunos casos, también pueden proporcionar aislamiento térmico para ayudar a mantener calientes a los mamíferos.
  • 1.5.A.2.ii Los esteroides son hormonas que apoyan funciones fisiológicas, incluyendo el crecimiento y desarrollo, el metabolismo energético y la homeostasis.
  • 1.5.A.2.iii El colesterol proporciona estabilidad estructural esencial a las membranas celulares animales.
  • 1.5.A.2.iv Los fosfolípidos se agrupan para formar las bicapas lipídicas presentes en las membranas plasmáticas y celulares.
  • Afirmación de exclusión: La estructura molecular de lípidos específicos está fuera del alcance del Examen AP.

Idea Central 3 — Almacenamiento y Transmisión de Información: Los sistemas vivos almacenan, recuperan, transmiten y responden a la información esencial para los procesos vitales.

Objetivo de Aprendizaje 1.6.A: Describir la estructura y función del ADN y el ARN.

• 1.6.A.1 En los ácidos nucleicos (ADN y ARN), la información biológica se codifica en secuencias de monómeros de nucleótidos. Cada nucleótido tiene los siguientes componentes estructurales: un azúcar de cinco carbonos (desoxirribosa o ribosa), un fosfato y una base nitrogenada (adenina, timina, guanina, citosina o uracilo).
• 1.6.A.2 Los ácidos nucleicos tienen una secuencia lineal de nucleótidos que poseen extremos definidos por los grupos hidroxilo 3' (tres prima) y los fosfatos 5' (cinco prima) del azúcar en el nucleótido. Durante la síntesis de ácidos nucleicos, se añaden nucleótidos al extremo 3' de la cadena en crecimiento, lo que resulta en la formación de enlaces covalentes entre nucleótidos.
  • Afirmación de exclusión: La estructura molecular de nucleótidos específicos está fuera del alcance del Examen AP.
• 1.6.A.3 El ADN está estructurado como una doble hélice antiparalela, con dos cadenas de nucleótidos que corren en orientación opuesta de 5' a 3'. En el ADN, los nucleótidos de adenina se emparejan con los nucleótidos de timina mediante puentes de hidrógeno (A-T), y los nucleótidos de citosina se emparejan con los nucleótidos de guanina mediante puentes de hidrógeno (C-G). En el ARN, la adenina se empareja con el uracilo (A-U).
• 1.6.A.4 Las diferencias estructurales entre el ADN y el ARN incluyen:
  • 1.6.A.4.i El ADN contiene el azúcar desoxirribosa, y el ARN contiene el azúcar ribosa.
  • 1.6.A.4.ii El ADN contiene la base nitrogenada timina, y el ARN contiene la base nitrogenada uracilo.
  • 1.6.A.4.iii El ADN es típicamente de doble cadena, mientras que el ARN es típicamente de cadena simple.

Idea Principal 3 — Almacenamiento y Transmisión de Información: Los sistemas vivos almacenan, recuperan, transmiten y responden a la información esencial para los procesos vitales.

Objetivo de Aprendizaje 1.7.A: Describir la estructura y función de las proteínas.

• 1.7.A.1 Las proteínas están compuestas por cadenas lineales de aminoácidos conectadas mediante la formación de enlaces covalentes (enlaces péptidos) que se forman entre un grupo carboxilo ($-\text{COOH}$) de un aminoácido y un grupo amino ($-\text{NH}_2$) del siguiente aminoácido, dando lugar a una cadena peptídica en crecimiento.
• 1.7.A.2 Los aminoácidos están compuestos por un átomo de carbono central con un átomo de hidrógeno, un grupo carboxilo, un grupo amino y un grupo R variable unido covalentemente a él. El grupo R de un aminoácido puede clasificarse según tres propiedades químicas posibles: hidrofóbico/no polar, hidrofílico/polar o iónico. Las interacciones de estos grupos R determinan la estructura y función de esa región de la proteína.
• 1.7.A.3 La secuencia específica de aminoácidos en las proteínas determina la estructura primaria de un polipéptido, así como la forma general de la proteína.
  • Afirmación de exclusión: La estructura molecular de los aminoácidos está fuera del alcance del Examen AP.
• 1.7.A.4 Las estructuras secundarias de las proteínas se forman mediante el plegamiento local que surge de interacciones entre átomos de la cadena principal del polipéptido de la cadena de aminoácidos. El enlace de hidrógeno da forma a estructuras como hélices alfa y láminas beta plegadas.
• 1.7.A.5 La forma tridimensional de la estructura terciaria de una proteína resulta de la formación de enlaces de hidrógeno, interacciones hidrofóbicas, interacciones iónicas o puentes disulfuro.
• 1.7.A.6 La estructura cuaternaria surge de interacciones entre múltiples polipéptidos. Los cuatro niveles de la estructura de una proteína determinan su función.