Química da Vida

Grande Ideia 4 — Interações de Sistemas: Sistemas biológicos interagem, e esses sistemas e suas interações exibem propriedades complexas.

Objetivo de Aprendizagem 1.1.A: Explicar como as propriedades da água, resultantes de sua polaridade e ligações de hidrogênio, afetam sua função biológica.

• 1.1.A.1 Sistemas vivos dependem das propriedades da água para sustentar a vida.
  • 1.1.A.1.i A água possui polaridade devido à formação de ligações covalentes polares entre hidrogênio e oxigênio dentro das moléculas de água. Essa polaridade contribui para as ligações de hidrogênio entre e dentro de moléculas biológicas.
  • 1.1.A.1.ii A água tem alta capacidade térmica específica, o que permite a manutenção da temperatura corporal homeostática em organismos vivos.
  • 1.1.A.1.iii A água tem alto calor de vaporização, o que permite o resfriamento evaporativo do ambiente circundante. Em organismos vivos, essa propriedade permite a manutenção da temperatura corporal.
• 1.1.A.2 As ligações de hidrogênio entre moléculas de água polares adjacentes resultam em coesão, adesão e tensão superficial.

Grande Ideia 2 — Energetica: Sistemas biológicos usam energia e blocos de construção moleculares para crescer, reproduzir-se e manter homeostase dinâmica.

Objetivo de Aprendizagem 1.2.A: Descrever a composição de macromoléculas necessárias aos organismos vivos.

• 1.2.A.1 Átomos e moléculas do ambiente são necessários para construir novas moléculas. Carbono, hidrogênio e oxigênio são os elementos mais prevalentes usados para construir moléculas biológicas como carboidratos, proteínas, lipídios e ácidos nucleicos. Além disso:
  • 1.2.A.1.i Enxofre é usado na construção de proteínas.
  • 1.2.A.1.ii Fósforo é usado na construção de fosfolipídios (um tipo de lipídio) e ácidos nucleicos.
  • 1.2.A.1.iii Nitrogênio é usado na construção de ácidos nucleicos.

Grande Ideia 4 — Interações de Sistemas: Sistemas biológicos interagem, e esses sistemas e suas interações exibem propriedades complexas.

Objetivo de Aprendizagem 1.3.A: Descrever as reações químicas que constroem e quebram macromoléculas biológicas.

• 1.3.A.1 Hidrólise é uma reação química que envolve a clivagem de ligações covalentes. Esse tipo de reação decompor moléculas em moléculas menores. Quando água é adicionada à ligação entre monômeros em um polímero, a ligação é rompida. O íon de hidrogênio de uma molécula de água é adicionado a um monômero e o grupo hidroxila da molécula de água é adicionado ao outro monômero, completando a reação.
• 1.3.A.2 Síntese por desidratação ocorre quando duas moléculas menores são unidas através de ligação covalente. Um íon de hidrogênio é removido de um monômero e um grupo hidroxila é removido do outro. Isso causa a perda do equivalente a uma molécula de água dos reagentes e a conexão dos dois monômeros restantes. A conexão de muitos monômeros é conhecida como polimerização.

Grande Ideia 4 — Interações de Sistemas: Sistemas biológicos interagem, e esses sistemas e suas interações exibem propriedades complexas.

Objetivo de Aprendizagem 1.4.A: Descrever a estrutura e a função dos carboidratos.

• 1.4.A.1 Monossacarídeos (açúcares simples) são os monômeros para polissacarídeos (carboidratos complexos). Esses monômeros são conectados por ligações covalentes para formar polímeros como carboidratos complexos, que podem ser lineares ou ramificados.
  • Exemplos ilustrativos para 1.4.A.1:
    • Celulose
    • Amido
    • Glicogênio
  • Declaração de exclusão: A estrutura molecular de polímeros de carboidratos específicos está fora do escopo do Exame AP.

Grande Ideia 4 — Interações de Sistemas: Sistemas biológicos interagem, e esses sistemas e suas interações exibem propriedades complexas.

Objetivo de Aprendizagem 1.5.A: Descrever a estrutura e a função dos lipídios.

• 1.5.A.1 Lipídios são tipicamente moléculas apolares e hidrofóbicas cuja estrutura e função derivam da forma como seus subcomponentes são montados. Ácidos graxos podem ser descritos como saturados ou insaturados.
  • 1.5.A.1.i Ácidos graxos saturados contêm apenas ligações simples entre átomos de carbono.
  • 1.5.A.1.ii Ácidos graxos insaturados contêm pelo menos uma ligação dupla entre átomos de carbono, o que causa uma dobra na cadeia de carbonos.
  • 1.5.A.1.iii Quanto mais ligações duplas na cauda de um ácido graxo, mais insaturado se torna o lipídio.
  • 1.5.A.1.iv Quanto mais insaturado for um lipídio, mais líquido ele é à temperatura ambiente.
• 1.5.A.2 Lipídios fornecem uma variedade de funções para organismos vivos. Alguns exemplos de lipídios são gorduras, esteroides incluindo colesterol e fosfolipídios.
  • 1.5.A.2.i Gorduras fornecem armazenamento de energia e suporte à função celular. Em alguns casos, elas também podem fornecer isolamento para ajudar a manter os mamíferos aquecidos.
  • 1.5.A.2.ii Esteroides são hormônios que suportam funções fisiológicas incluindo crescimento e desenvolvimento, metabolismo energético e homeostase.
  • 1.5.A.2.iii Colesterol fornece estabilidade estrutural essencial às membranas celulares animais.
  • 1.5.A.2.iv Fosfolipídios agrupam-se para formar bicamadas lipídicas encontradas em membranas plasmáticas e celulares.
  • Declaração de exclusão: A estrutura molecular de lipídios específicos está fora do escopo do Exame AP.

Grande Ideia 3 — Armazenamento e Transmissão de Informações: Sistemas vivos armazenam, recuperam, transmitem e respondem a informações essenciais aos processos vitais.

Objetivo de Aprendizagem 1.6.A: Descrever a estrutura e a função do DNA e RNA.

• 1.6.A.1 Em ácidos nucleicos (DNA e RNA), informações biológicas são codificadas em sequências de monômeros de nucleotídeos. Cada nucleotídeo possui os seguintes componentes estruturais: um açúcar de cinco carbonos (desoxirribose ou ribose), um fosfato e uma base nitrogenada (adenina, timina, guanina, citosina ou uracilo).
• 1.6.A.2 Ácidos nucleicos possuem uma sequência linear de nucleotídeos que têm extremidades, definidas pelos grupos hidroxila 3' (três prime) e fosfatos 5' (cinco prime) do açúcar no nucleotídeo. Durante a síntese de ácidos nucleicos, nucleotídeos são adicionados à extremidade 3' da cadeia em crescimento, resultando na formação de ligações covalentes entre nucleotídeos.
  • Declaração de exclusão: A estrutura molecular de nucleotídeos específicos está fora do escopo do Exame AP.
• 1.6.A.3 O DNA é estruturado como uma dupla hélice antiparalela, com duas cadeias de nucleotídeos correndo em orientação oposta de 5' para 3'. No DNA, nucleotídeos de adenina pareiam com nucleotídeos de timina via ligações de hidrogênio (A-T), e nucleotídeos de citosina pareiam com nucleotídeos de guanina via ligações de hidrogênio (C-G). No RNA, a adenina pareia com uracilo (A-U).
• 1.6.A.4 Diferenças estruturais entre DNA e RNA incluem:
  • 1.6.A.4.i O DNA contém o açúcar desoxirribose, e o RNA contém o açúcar ribose.
  • 1.6.A.4.ii O DNA contém a base nitrogenada timina, e o RNA contém a base nitrogenada uracilo.
  • 1.6.A.4.iii O DNA é tipicamente fita dupla, enquanto o RNA é tipicamente fita simples.

Grande Ideia 3 — Armazenamento e Transmissão de Informações: Sistemas vivos armazenam, recuperam, transmitem e respondem a informações essenciais aos processos vitais.

Objetivo de Aprendizagem 1.7.A: Descrever a estrutura e a função das proteínas.

• 1.7.A.1 Proteínas consistem em cadeias lineares de aminoácidos conectados pela formação de ligações covalentes (peptídicas) que ocorrem entre um grupo carboxila ($-\text{COOH}$) de um aminoácido e um grupo amina ($-\text{NH}_2$) do próximo aminoácido, resultando em uma cadeia peptídica em crescimento.
• 1.7.A.2 Aminoácidos são compostos por um átomo de carbono central com um átomo de hidrogênio, um grupo carboxila, um grupo amina e um grupo R variável ligados covalentemente a ele. O grupo R de um aminoácido pode ser categorizado por três propriedades químicas possíveis: hidrofóbico/apolar, hidrofílico/polar ou iônico. As interações desses grupos R determinam a estrutura e a função daquela região da proteína.
• 1.7.A.3 A sequência específica de aminoácidos nas proteínas determina a estrutura primária de um polipeptídeo, bem como a forma geral da proteína.
  • Declaração de exclusão: A estrutura molecular de aminoácidos está fora do escopo do Exame AP.
• 1.7.A.4 Estruturas secundárias de proteínas são formadas por dobramentos locais que surgem de interações entre átomos da cadeia principal polipeptídica da cadeia de aminoácidos. Ligações de hidrogênio formam formas como hélices alfa e folhas beta pregueadas.
• 1.7.A.5 A forma tridimensional da estrutura terciária de uma proteína resulta da formação de ligações de hidrogênio, interações hidrofóbicas, interações iônicas ou pontes dissulfeto.
• 1.7.A.6 A estrutura quaternária surge de interações entre múltiplos polipeptídeos. Todos os quatro níveis da estrutura de uma proteína determinam a função de uma proteína.