Chimie du vivant

Grande Idée 4 — Interactions des systèmes : Les systèmes biologiques interagissent, et ces systèmes et leurs interactions présentent des propriétés complexes.

Objectif d'apprentissage 1.1.A : Expliquer comment les propriétés de l'eau résultant de sa polarité et des liaisons hydrogène affectent sa fonction biologique.

• 1.1.A.1 Les systèmes vivants dépendent des propriétés de l'eau pour maintenir la vie.
  • 1.1.A.1.i L'eau est polaire en raison de la formation de liaisons covalentes polaires entre l'hydrogène et l'oxygène au sein des molécules d'eau. Cette polarité contribue aux liaisons hydrogène entre et au sein des molécules biologiques.
  • 1.1.A.1.ii L'eau a une chaleur spécifique élevée, ce qui permet le maintien de la température corporelle homéostatique chez les êtres vivants.
  • 1.1.A.1.iii L'eau a une chaleur de vaporisation élevée, ce qui permet le refroidissement évaporatif de l'environnement environnant. Chez les êtres vivants, cette propriété permet de maintenir la température corporelle.
• 1.1.A.2 Les liaisons hydrogène entre les molécules d'eau polaires adjacentes entraînent la cohésion, l'adhésion et la tension superficielle.

Grande Idée 2 — Énergétique : Les systèmes biologiques utilisent l'énergie et les blocs de construction moléculaires pour croître, se reproduire et maintenir une homéostasie dynamique.

Objectif d'apprentissage 1.2.A : Décrire la composition des macromolécules nécessaires aux organismes vivants.

• 1.2.A.1 Les atomes et molécules de l'environnement sont nécessaires pour construire de nouvelles molécules. Le carbone, l'hydrogène et l'oxygène sont les éléments les plus abondants utilisés pour construire des molécules biologiques telles que les glucides, les protéines, les lipides et les acides nucléiques. De plus :
  • 1.2.A.1.i Le soufre est utilisé dans la construction des protéines.
  • 1.2.A.1.ii Le phosphore est utilisé dans la construction des phospholipides (un type de lipid) et des acides nucléiques.
  • 1.2.A.1.iii L'azote est utilisé dans la construction des acides nucléiques.

Grande Idée 4 — Interactions des systèmes : Les systèmes biologiques interagissent, et ces systèmes et leurs interactions présentent des propriétés complexes.

Objectif d'apprentissage 1.3.A : Décrire les réactions chimiques qui construisent et dégradent les macromolécules biologiques.

• 1.3.A.1 L'hydrolyse est une réaction chimique impliquant la rupture de liaisons covalentes. Ce type de réaction décompose les molécules en molécules plus petites. Lorsque l'eau est ajoutée à la liaison entre monomères dans un polymère, la liaison se rompt. L'ion hydrogène d'une molécule d'eau est ajouté à un monomère et le groupe hydroxyle de la molécule d'eau est ajouté à l'autre monomère, complétant ainsi la réaction.
• 1.3.A.2 La synthèse par déshydratation se produit lorsque deux molécules plus petites sont liées ensemble par une liaison covalente. Un ion hydrogène est retiré d'un monomère et un groupe hydroxyle est retiré de l'autre. Cela entraîne la perte d'une molécule d'eau équivalente parmi les réactifs et la connexion des deux monomères restants. La connexion de nombreux monomères est appelée polymérisation.

Grande Idée 4 — Interactions des systèmes : Les systèmes biologiques interagissent, et ces systèmes et leurs interactions présentent des propriétés complexes.

Objectif d'apprentissage 1.4.A : Décrire la structure et la fonction des glucides.

• 1.4.A.1 Les monosaccharides (sucres simples) sont les monomères des polysaccharides (glucides complexes). Ces monomères sont liés par des liaisons covalentes pour former des polymères tels que les glucides complexes, qui peuvent être linéaires ou ramifiés.
  • Exemples illustratifs pour 1.4.A.1 :
    • Cellulose
    • Amylose / Amidon
    • Glycogène
  • Énoncé d'exclusion : La structure moléculaire de polymères de glucides spécifiques dépasse le cadre de l'examen AP.

Grande Idée 4 — Interactions des systèmes : Les systèmes biologiques interagissent, et ces systèmes et leurs interactions présentent des propriétés complexes.

Objectif d'apprentissage 1.5.A : Décrire la structure et la fonction des lipides.

• 1.5.A.1 Les lipides sont généralement des molécules non polaires et hydrophobes dont la structure et la fonction découlent de la manière dont leurs sous-composants s'assemblent. Les acides gras peuvent être décrits comme saturés ou insaturés.
  • 1.5.A.1.i Les acides gras saturés ne contiennent que des liaisons simples entre les atomes de carbone.
  • 1.5.A.1.ii Les acides gras insaturés contiennent au moins une double liaison entre les atomes de carbone, ce qui provoque un coude dans la chaîne carbonée.
  • 1.5.A.1.iii Plus il y a de doubles liaisons dans la queue d'un acide gras, plus le lipid devient insaturé.
  • 1.5.A.1.iv Plus un lipid est insaturé, plus il est liquide à température ambiante.
• 1.5.A.2 Les lipides assurent une variété de fonctions pour les organismes vivants. Certains exemples de lipides sont les graisses, les stéroïdes incluant le cholestérol, et les phospholipides.
  • 1.5.A.2.i Les graisses fournissent un stockage d'énergie et soutiennent la fonction cellulaire. Dans certains cas, elles peuvent également fournir une isolation pour aider à maintenir les mammifères au chaud.
  • 1.5.A.2.ii Les stéroïdes sont des hormones qui soutiennent les fonctions physiologiques incluant la croissance et le développement, le métabolisme énergétique et l'homéostasie.
  • 1.5.A.2.iii Le cholestérol fournit une stabilité structurale essentielle aux membranes cellulaires animales.
  • 1.5.A.2.iv Les phospholipides s'agglomèrent pour former les bicouches lipidiques trouvées dans les membranes plasmiques et cellulaires.
  • Énoncé d'exclusion : La structure moléculaire de lipides spécifiques dépasse le cadre de l'examen AP.

Grande Idée 3 — Stockage et Transmission d'Informations : Les systèmes vivants stockent, récupèrent, transmettent et répondent aux informations essentielles aux processus vitaux.

Objectif d'apprentissage 1.6.A : Décrire la structure et la fonction de l'ADN et de l'ARN.

• 1.6.A.1 Dans les acides nucléiques (ADN et ARN), l'information biologique est encodée dans des séquences de monomères de nucléotides. Chaque nucléotide possède les composants structuraux suivants : un sucre à cinq carbones (désoxyribose ou ribose), un phosphate et une base azotée (adénine, thymine, guanine, cytosine ou uracile).
• 1.6.A.2 Les acides nucléiques ont une séquence linéaire de nucléotides qui possèdent des extrémités, définies par les groupes hydroxyles 3' (trois prime) et les phosphates 5' (cinq prime) du sucre dans le nucléotide. Lors de la synthèse des acides nucléiques, les nucléotides sont ajoutés à l'extrémité 3' de la chaîne en croissance, ce qui entraîne la formation de liaisons covalentes entre les nucléotides.
  • Énoncé d'exclusion : La structure moléculaire de nucléotides spécifiques dépasse le cadre de l'examen AP.
• 1.6.A.3 L'ADN est structuré comme une double hélice antiparallèle, avec deux brins de nucléotides parcourus dans des orientations 5' vers 3' opposées. Dans l'ADN, les nucléotides adénine s'apparient avec les nucléotides thymine via des liaisons hydrogène (A-T), et les nucléotides cytosine s'apparient avec les nucléotides guanine via des liaisons hydrogène (C-G). Dans l'ARN, l'adénine s'apparie avec l'uracile (A-U).
• 1.6.A.4 Les différences structurelles entre l'ADN et l'ARN incluent :
  • 1.6.A.4.i L'ADN contient le sucre désoxyribose, et l'ARN contient le sucre ribose.
  • 1.6.A.4.ii L'ADN contient la base azotée thymine, et l'ARN contient la base azotée uracile.
  • 1.6.A.4.iii L'ADN est généralement double brin, tandis que l'ARN est généralement simple brin.

Grande Idée 3 — Stockage et Transmission d'Informations : Les systèmes vivants stockent, récupèrent, transmettent et répondent aux informations essentielles aux processus vitaux.

Objectif d'apprentissage 1.7.A : Décrire la structure et la fonction des protéines.

• 1.7.A.1 Les protéines comprennent des chaînes linéaires d'acides aminés reliés par la formation de liaisons covalentes (peptidiques) qui se forment entre un groupe carboxyle ($-\text{COOH}$) d'un acide aminé et un groupe amine ($-\text{NH}_2$) de l'acide aminé suivant, résultant en une chaîne peptidique en croissance.
• 1.7.A.2 Les acides aminés sont composés d'un atome de carbone central lié à un atome d'hydrogène, un groupe carboxyle, un groupe amine et un groupe R variable. Le groupe R d'un acide aminé peut être catégorisé selon trois propriétés chimiques possibles : hydrophobe/non polaire, hydrophile/polaire ou ionique. Les interactions de ces groupes R déterminent la structure et la fonction de cette région de la protéine.
• 1.7.A.3 La séquence spécifique des acides aminés dans les protéines détermine la structure primaire d'une polypeptide ainsi que la forme globale de la protéine.
  • Énoncé d'exclusion : La structure moléculaire des acides aminés dépasse le cadre de l'examen AP.
• 1.7.A.4 Les structures secondaires des protéines sont formées par le repliement local résultant d'interactions entre les atomes de la chaîne principale de la polypeptide de la chaîne d'acides aminés. La liaison hydrogène forme des formes telles que les hélices alpha et les feuillets bêta pliés.
• 1.7.A.5 La forme tridimensionnelle de la structure tertiaire d'une protéine résulte de la formation de liaisons hydrogène, d'interactions hydrophobes, d'interactions ioniques ou de ponts disulfure.
• 1.7.A.6 La structure quaternaire découle d'interactions entre plusieurs polypeptides. Les quatre niveaux de structure d'une protéine déterminent la fonction d'une protéine.