כימיה של החיים

רעיון מרכזי 4 — אינטראקציות מערכות: מערכות ביולוגיות נמצאות באינטראקציה זו עם הזו, ומערכות אלו ואינטראקציותיהן מציגות תכונות מורכבות.

מטרות למידה 1.1.A: הסבר כיצד התכונות של המים הנובעות מקוטביות ובקשרי מימן משפיעות על הפונקציה הביולוגית שלו.

• 1.1.A.1 מערכות חיות תלויות בתכונות המים כדי לתמוך בחיים.
  • 1.1.A.1.i למים יש קוטביות, בשל יצירת קשרים קוולנטיים קוטביים בין מימן לחמצן בתוך מולקולות מים. קוטביות זו תורמת לקשרי מימן בין ולתוך מולקולות ביולוגיות.
  • 1.1.A.1.ii למים יש קיבולת חום ספציפית גבוהה, מה שמאפשר שמירה על טמפרטורת הגוף הבית-חומתית בתוך בעלי חיים.
  • 1.1.A.1.iii למים יש חום אידוי גבוה, מה שמאפשר קירור באמצעות אידוי לסביבה הסובבת. בבעלי חיים, תכונה זו מאפשרת שמירה על טמפרטורת הגוף.
• 1.1.A.2 קשרי המימן בין מולקולות מים קוטביות סמוכות מובילים להדבקה פנימית, הדבקה חיצונית ולמתיחה פני שטח.

רעיון מרכזי 2 — אנרגטיקה: מערכות ביולוגיות משתמשות באנרגיה ובבלוקי בנייה מולקולריים לצמיחה, רבייה ותחזוקה של בית-חום דינמי.

מטרות למידה 1.2.A: תיאור הרכב המקרומולקולות הנדרשות על ידי בעלי חיים.

• 1.2.A.1 אטומים ומולקולות מהסביבה נדרשים לבניית מולקולות חדשות. פחמן, מימן וחמצן הם האלמנטים הנפוצים ביותר המשמשים לבניית מולקולות ביולוגיות כמו פחמימות, חלבונים, ליפידים וחומצה גרעינית. בנוסף:
  • 1.2.A.1.i גופרית משמש בבניית חלבונים.
  • 1.2.A.1.ii פוספורוס משמש בבניית פוספוליפידים (סוג של ליפיד) וחומצה גרעינית.
  • 1.2.A.1.iii חנקן משמש בבניית חומצה גרעינית.

רעיון מרכזי 4 — אינטראקציות מערכות: מערכות ביולוגיות נמצאות באינטראקציה זו עם הזו, ומערכות אלו ואינטראקציותיהן מציגות תכונות מורכבות.

מטרות למידה 1.3.A: תיאור התגובות הכימיות בונות ומפרקות מקרומולקולות ביולוגיות.

• 1.3.A.1 הידרוליזה היא תגובה כימית המעוררת שבירת קשרים קוולנטיים. סוג זה של תגובה מפרק מולקולות למולקולות קטנות יותר. כאשר מוסיפים מים לקשר בין מונומרים בפולימר, הקשר נשבר. יון ההידרוגן ממולקולת המים מתווסף למונומר אחד והקבוצת ההידרוקסיל ממולקולת המים מתווספת למונומר השני, ומשלמים את התגובה.
• 1.3.A.2 סינתזת דהידרציה מתרחשת כאשר שתי מולקולות קטנות מחוברות יחד באמצעות קישור קוולנטי. יון מימן מוסר ממונומר אחד וקבוצת הידרוקסיל מוסרת ממונומר השני. דבר זה גורם לאובדן הערך השווה למולקולת מים מהתגובה והחיבור בין שני המונומרים שנותרו. חיבור של מספר רב של מונומרים נקרא פולימריזציה.

רעיון מרכזי 4 — אינטראקציות מערכות: מערכות ביולוגיות נמצאות באינטראקציה זו עם הזו, ומערכות אלו ואינטראקציותיהן מציגות תכונות מורכבות.

מטרות למידה 1.4.A: לתאר את המבנה והפונקציה של פחמימות.

• 1.4.A.1 מונוסכרידים (סוכרים פשוטים) הם המונומרים לפוליסכרידים (פחמימות מורכבות). מונומרים אלו מחוברים על ידי קשרים קוולנטיים כדי ליצור פולימרים כמו פחמימות מורכבות, שיכולים להיות ליניאריים או ערוכים.
  • דוגמאות להמחשה ל-1.4.A.1:
    • תאית
    • עמילן
    • גליקוגן
  • הערה לגבי היעדר חומר: מבנה מולקולרי ספציפי של פולימרים פחמימתיים אינו נכלל בתוכנית הלימודים לבחינת AP.

רעיון מרכזי 4 — אינטראקציות מערכות: מערכות ביולוגיות נמצאות באינטראקציה זו עם הזו, ומערכות אלו ואינטראקציותיהן מציגות תכונות מורכבות.

מטרות למידה 1.5.A: לתאר את המבנה והפונקציה של שומנים (ליפידים).

• 1.5.A.1 שומנים (ליפידים) הם בדרך כלל מולקולות לא-קוטביות והידרופוביות, ומבנהן ופונקציותיהם נגזרות מהדרך שבה רכיבי המשנה שלהם מאורגנים. חומצות שומן יכולות להתואר כשבוניות או כבלתי-שוניות.
  • 1.5.A.1.i חומצות שומן שבוניות מכילות רק קשרים יחידים בין אטומי פחמן.
  • 1.5.A.1.ii חומצות שומן בלתי-שוניות מכילות לפחות קשר כפול אחד בין אטומי פחמן, מה שגורם לשרשרת הפחמן להתכופף.
  • 1.5.A.1.iii ככל שהכמות של קשרים כפולים בזנב החומצה השומנית גדולה יותר, כך הליפיד נהיה בלתי-שוני יותר.
  • 1.5.A.1.iv ככל שהליפיד בלתי-שוני יותר, כך הוא נוטה להיות נוזלי יותר בטמפרטורת החדר.
• 1.5.A.2 שומנים מספקים מגוון פונקציות לאורגניזמים חיים. דוגמאות לשומנים הן שומנים, סטרואידים כגון כולסטרול, ופוספוליפידים.
  • 1.5.A.2.i שומנים מספקים אחסון אנרגיה ותומכים בפונקציית התא. במקרים מסוימים, הם יכולים גם לספק בידוד תרמי שעוזר לשמור על חום בגוף היונקים.
  • 1.5.A.2.ii סטרואידים הם הורמונים התומכים בפונקציות פיזיולוגיות כגון גידול ופיתוח, מטבוליזם אנרגטי ושימור homeostasis.
  • 1.5.A.2.iii כולסטרול מספק יציבות מבנית הכרחית לקרום תאי בעלי חיים.
  • 1.5.A.2.iv פוספוליפידים מתאגדים זה עם זה כדי ליצור את שכבת הדו-שומנית הנמצאת בקרום התא ובקרום הרקמה.
  • הודעת איסור: המבנה המולקולרי של ליפידים ספציפיים אינו נכלל במסגרת המבחן האפליקטיבי.

רעיון מרכזי 3 — אחסון ומעבר מידע: מערכות חיות מאחסנות, מוצאות, משדרות ומגיבות למידע הקריטי לתהליכי החיים.

מטרות למידה 1.6.A: לתאר את המבנה והפונקציה של DNA ו-RNA.

• 1.6.A.1 בחומצות גרעין (DNA ו-RNA), המידע הביולוגי מופקד ברצפים של מונומרים נאוטאטידיים. לכל נאוטאטיד ישנם רכיבי המבנה הבאים: סוכר בעל חמישה פחמן (דאוקסיריבוז או ריבוז), קבוצת פוספט, ובסיס א滋וטני (אדנין, תימין, גואנין, ציטוזין או יורציל).
• 1.6.A.2 לחומצות גרעין יש רצף ליניארי של נאוטאטידים עם קצוות, המוגדר על ידי קבוצת ההידרוקסיל ב-3' (שלוש פרیم) ובפוספטים ב-5' (חמש פרیم) של הסוכר בנאוטאטיד. במהלך סינתזה של חומצות גרעין, נאוטאטידים נוספים לקצה ה-3' של הרצועה הגדלה, מה שגורם ליצירת קשרים קוולנטיים בין נאוטאטידים.
  • הצהרת פסילה: המבנה המולקולרי של נאוטאטידים ספציפיים אינו נכלל בתוכן בדיחתי ה-AP Exam.
• 1.6.A.3 ל-DNA מבנה של הלכס דו-סלילי אנטי-פראלל, עם שני רצועות נאוטאטידים הפועלות בכיוונים מנוגדים באוריינטציה מ-5' ל-3'. ב-DNA, נאוטאטידים של אדנין זוגי עם נאוטאטידים של תימין באמצעות קשרי מימן (A-T), ונאוטאטידים של ציטוזין זוגי עם נאוטאטידים של גואנין באמצעות קשרי מימן (C-G). ב-RNA, אדנין זוגי עם יורציל (A-U).
• 1.6.A.4 הבדלים מבניים בין DNA ל-RNA כוללים:
  • 1.6.A.4.i ל-DNA יש הסוכר דאוקסיריבוז, ול-RNA יש הסוכר ריבוז.
  • 1.6.A.4.ii ל-DNA יש הבסיס האזוטני תימין, ול-RNA יש הבסיס האזוטני יורציל.
  • 1.6.A.4.iii ל-DNA יש בדרך כלל שני רצועות, בעוד ש-RNA הוא בדרך כלל חד-רצועי.

רעיון מרכזי 3 — אחסון ומעבר מידע: מערכות חיות מאחסנות, מוצאות, משדרות ומגיבות למידע הקריטי לתהליכי החיים.

מטרות למידה 1.7.A: לתאר את המבנה והפונקציה של חלבונים.

• 1.7.A.1 חלבונים מורכבים מרצועות ליניאריות של חומצות אמינו המחוברות באמצעות יצירת קשרים קוולנטיים (פפטידיים) הנוצרים בין קבוצת קרבוקסיל ($-\text{COOH}$) של חומצת אמינו אחת לבין קבוצת אמינו ($-\text{NH}_2$) של חומצת האמינו הבאה, מה שגורם ליצירת רצועת פפטיד גדלה.
• 1.7.A.2 חומצות אמינו מורכבות מאטום פחמן מרכזי עם אטום מימן, קבוצת קרבוקסיל, קבוצת אמינו, וקבוצת R משתנה הקשורה לו בקשר קוולנטי. קבוצת ה-R של חומצת אמינו יכולה להיות מסווגת לפי שלושה סוגי תכונות כימיות אפשריות: הידרופובית/לא מקוטבת, הידרופילית/מקוטבת, או יונית. האינטראקציות של קבוצות ה-R אלו קובעות את המבנה והפונקציה של האזור ההוא בחלבון.
• 1.7.A.3 הרצף הספציפי של חומצות האמינו בחלבונים קובע את המבנה הראשוני של הפוליפפטיד כמו גם את הצורה הכללית של החלבון.
  • הצהרת פסילה: המבנה המולקולרי של חומצות אמינו אינו נכלל בתוכן בדיחתי ה-AP Exam.
• 1.7.A.4 מבנים משניים של חלבונים נוצרים דרך קיפול מקומי הנוצר מתוך אינטראקציות בין אטומים של הגבול הפוליפפטידי של רצועת חומצות האמינו. קשרי מימן יוצרים צורות כמו אלפא-הלכסים ודפים מקופלים בטא.
• 1.7.A.5 הצורה התלת-ממדית של המבן השלישוני של חלבון נובעת מהיווצרות של קשרי מימן, אינטראקציות הידרופוביות, אינטראקציות יוניות, או גשרי דיסולפידי.
• 1.7.A.6 המבנה הרביעי נובע מאינטראקציות בין מספר פוליפפטידים. ארבעת רמות המבנה של חלבון קובעות את תפקודו.