Kimia Kehidupan

Ide Besar 4 — Interaksi Sistem: Sistem biologis berinteraksi, dan sistem serta interaksinya menunjukkan sifat kompleks.

Tujuan Pembelajaran 1.1.A: Jelaskan bagaimana sifat air yang dihasilkan dari polaritas dan ikatan hidrogen mempengaruhi fungsi biologisnya.

• 1.1.A.1 Sistem hidup bergantung pada sifat air untuk mempertahankan kehidupan.
  • 1.1.A.1.i Air memiliki polaritas, karena terbentuknya ikatan kovalen polar antara hidrogen dan oksigen di dalam molekul air. Polaritas ini berkontribusi pada ikatan hidrogen antar dan di dalam molekul biologis.
  • 1.1.A.1.ii Air memiliki kapasitas kalor spesifik yang tinggi, yang memungkinkan pemeliharaan suhu tubuh homeostatis dalam organisme hidup.
  • 1.1.A.1.iii Air memiliki kalor penguapan yang tinggi, yang memungkinkan pendinginan penguapan lingkungan sekitar. Dalam organisme hidup, sifat ini memungkinkan suhu tubuh tetap terjaga.
• 1.1.A.2 Ikatan hidrogen antar molekul air polar yang berdekatan menghasilkan kohesi, adhesi, dan tegangan permukaan.

Ide Besar 2 — Energetika: Sistem biologis menggunakan energi dan blok bangunan molekuler untuk tumbuh, bereproduksi, dan mempertahankan homeostasis dinamis.

Tujuan Pembelajaran 1.2.A: Deskripsikan komposisi makromolekul yang dibutuhkan oleh organisme hidup.

• 1.2.A.1 Atom dan molekul dari lingkungan diperlukan untuk membangun molekul baru. Karbon, hidrogen, dan oksigen adalah elemen paling umum yang digunakan untuk membangun molekul biologis seperti karbohidrat, protein, lipid, dan asam nukleat. Selain itu:
  • 1.2.A.1.i Belerang digunakan dalam pembentukan protein.
  • 1.2.A.1.ii Fosfor digunakan dalam pembentukan fosfolipid (sejenis lipid) dan asam nukleat.
  • 1.2.A.1.iii Nitrogen digunakan dalam pembentukan asam nukleat.

Ide Besar 4 — Interaksi Sistem: Sistem biologis berinteraksi, dan sistem serta interaksinya menunjukkan sifat kompleks.

Tujuan Pembelajaran 1.3.A: Deskripsikan reaksi kimia yang membangun dan memecah makromolekul biologis.

• 1.3.A.1 Hidrolisis adalah reaksi kimia yang melibatkan pemutusan ikatan kovalen. Jenis reaksi ini memecah molekul menjadi molekul yang lebih kecil. Ketika air ditambahkan ke ikatan antara monomer dalam polimer, ikatan tersebut putus. Ion hidrogen dari molekul air ditambahkan ke satu monomer dan gugus hidroksil dari molekul air ditambahkan ke monomer lainnya, menyelesaikan reaksi.
• 1.3.A.2 Sintesis dehidrasi terjadi ketika dua molekul kecil digabungkan melalui pengikatan kovalen. Ion hidrogen dilepaskan dari satu monomer dan gugus hidroksil dilepaskan dari monomer lainnya. Hal ini menyebabkan hilangnya setara dengan molekul air dari reaktan dan penggabungan dua monomer yang tersisa. Penggabungan banyak monomer dikenal sebagai polimerisasi.

Ide Besar 4 — Interaksi Sistem: Sistem biologis berinteraksi, dan sistem serta interaksinya menunjukkan sifat kompleks.

Tujuan Pembelajaran 1.4.A: Jelaskan struktur dan fungsi karbohidrat.

• 1.4.A.1 Monosakarida (gula sederhana) adalah monomer untuk polisakarida (karbohidrat kompleks). Monomer-monomer ini dihubungkan oleh ikatan kovalen untuk membentuk polimer seperti karbohidrat kompleks, yang dapat bersifat linear atau bercabang.
  • Contoh ilustratif untuk 1.4.A.1:
    • Selulosa
    • Amilum
    • Glikogen
  • Pengecualian: Struktur molekuler dari polimer karbohidrat tertentu berada di luar cakupan Ujian AP.

Ide Besar 4 — Interaksi Sistem: Sistem biologis berinteraksi, dan sistem serta interaksinya menunjukkan sifat kompleks.

Tujuan Pembelajaran 1.5.A: Jelaskan struktur dan fungsi lipid.

• 1.5.A.1 Lipid biasanya merupakan molekul nonpolar dan hidrofobik whose struktur dan fungsinya berasal dari cara subkomponennya dirakit. Asam lemak dapat digambarkan sebagai jenuh atau tak jenuh.
  • 1.5.A.1.i Asam lemak jenuh hanya mengandung ikatan tunggal antar atom karbon.
  • 1.5.A.1.ii Asam lemak tak jenuh mengandung setidaknya satu ikatan rangkap antar atom karbon, yang menyebabkan rantai karbon mengalami tekukan.
  • 1.5.A.1.iii Semakin banyak ikatan rangkap pada ekor asam lemak, semakin tak jenuh lipid tersebut.
  • 1.5.A.1.iv Semakin tak jenuh suatu lipid, semakin cair lipid tersebut pada suhu ruang.
• 1.5.A.2 Lipid menyediakan berbagai fungsi bagi organisme hidup. Beberapa contoh lipid adalah lemak, steroid termasuk kolesterol, dan fosfolipid.
  • 1.5.A.2.i Lemak menyediakan penyimpanan energi dan mendukung fungsi sel. Dalam beberapa kasus, mereka juga dapat memberikan isolasi untuk membantu menjaga mamalia tetap hangat.
  • 1.5.A.2.ii Steroid adalah hormon yang mendukung fungsi fisiologis termasuk pertumbuhan dan perkembangan, metabolisme energi, dan homeostasis.
  • 1.5.A.2.iii Kolesterol memberikan stabilitas struktural esensial pada membran sel hewan.
  • 1.5.A.2.iv Fosfolipid mengelompokkan diri untuk membentuk bilayer lipid yang ditemukan dalam membran plasma dan sel.
  • Pengecualian: Struktur molekuler dari lipid tertentu berada di luar cakupan Ujian AP.

Ide Besar 3 — Penyimpanan dan Transmisi Informasi: Sistem hidup menyimpan, mengambil, mentransmisikan, dan merespons informasi yang penting bagi proses kehidupan.

Tujuan Pembelajaran 1.6.A: Jelaskan struktur dan fungsi DNA dan RNA.

• 1.6.A.1 Dalam asam nukleat (DNA dan RNA), informasi biologis dikodekan dalam urutan monomer nukleotida. Setiap nukleotida memiliki komponen struktural berikut: gula lima karbon (deoksiribosa atau ribosa), fosfat, dan basa nitrogen (adenin, timin, guanin, sitosin, atau urasil).
• 1.6.A.2 Asam nukleat memiliki urutan linier nukleotida yang memiliki ujung, didefinisikan oleh gugus hidroksil 3' (tiga prime) dan fosfat 5' (lima prime) dari gula dalam nukleotida. Selama sintesis asam nukleat, nukleotida ditambahkan ke ujung 3' dari untai yang sedang tumbuh, menghasilkan pembentukan ikatan kovalen antara nukleotida.
  • Pengecualian: Struktur molekuler dari nukleotida tertentu berada di luar cakupan Ujian AP.
• 1.6.A.3 DNA berstruktur sebagai heliks ganda antiparalel, dengan dua untai nukleotida berjalan dalam orientasi 5' ke 3' yang berlawanan. Dalam DNA, nukleotida adenin berpasangan dengan nukleotida timin melalui ikatan hidrogen (A-T), dan nukleotida sitosin berpasangan dengan nukleotida guanin melalui ikatan hidrogen (C-G). Dalam RNA, adenin berpasangan dengan urasil (A-U).
• 1.6.A.4 Perbedaan struktural antara DNA dan RNA meliputi:
  • 1.6.A.4.i DNA mengandung gula deoksiribosa, dan RNA mengandung gula ribosa.
  • 1.6.A.4.ii DNA mengandung basa nitrogen timin, dan RNA mengandung basa nitrogen urasil.
  • 1.6.A.4.iii DNA biasanya untai ganda, sementara RNA biasanya untai tunggal.

Ide Besar 3 — Penyimpanan dan Transmisi Informasi: Sistem hidup menyimpan, mengambil, mentransmisikan, dan merespons informasi yang penting bagi proses kehidupan.

Tujuan Pembelajaran 1.7.A: Jelaskan struktur dan fungsi protein.

• 1.7.A.1 Protein terdiri dari rantai linear asam amino yang dihubungkan oleh pembentukan ikatan kovalen (peptida) yang terbentuk antara gugus karboksil ($-\text{COOH}$) dari satu asam amino dan gugus amina ($-\text{NH}_2$) dari asam amino berikutnya, menghasilkan rantai peptida yang terus tumbuh.
• 1.7.A.2 Asam amino terdiri dari atom karbon pusat dengan atom hidrogen, gugus karboksil, gugus amina, dan gugus R variabel yang terikat secara kovalen dengannya. Gugus R dari asam amino dapat dikategorikan berdasarkan tiga kemungkinan sifat kimia: hidrofobik/nonpolar, hidrofilik/polar, atau ionik. Interaksi dari gugus-gugus R ini menentukan struktur dan fungsi area protein tersebut.
• 1.7.A.3 Urutan spesifik asam amino dalam protein menentukan struktur primer polipeptida serta bentuk keseluruhan protein.
  • Pengecualian: Struktur molekuler dari asam amino berada di luar cakupan Ujian AP.
• 1.7.A.4 Struktur sekunder protein terbentuk melalui lipatan lokal yang muncul dari interaksi antara atom-atom tulang belakang polipeptida dari rantai asam amino. Ikatan hidrogen membentuk bentuk seperti heliks alfa dan lembaran beta-pleated.
• 1.7.A.5 Bentuk tiga dimensi dari struktur tersier protein dihasilkan dari pembentukan ikatan hidrogen, interaksi hidrofobik, interaksi ionik, atau jembatan disulfida.
• 1.7.A.6 Struktur kuaterner muncul dari interaksi antara beberapa polipeptida. Keempat tingkat struktur protein menentukan fungsi protein.