Skip to content · ⁨Перейти к содержанию⁩

Chemistry of Life · ⁨Химия жизни⁩

AP Biology · ⁨AP Биология⁩ · Topic 1 · ⁨Тема 1⁩

Video lesson for this topic · ⁨Видеоурок по этой теме⁩ Open the video page · ⁨Открыть страницу видео⁩
9:24

Химия жизни

Бросьте кубик льда в стакан, и он всплывет. Это звучит банально, но это странно. Почти все другие твердые вещества тонут в своей собственной жидкости, потому что замерзание упаковывает…

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨Английское озвучивание · Английский + китайские субтитры (встроенные)⁩

1.1

Structure of Water and Hydrogen Bonding · ⁨Структура воды и водородные связи⁩

Syllabus · ⁨Программа⁩
English

Big Idea 4 — Systems Interactions: Biological systems interact, and these systems and their interactions exhibit complex properties.

Learning Objective 1.1.A: Explain how the properties of water that result from its polarity and hydrogen bonding affect its biological function.

  • 1.1.A.1 Living systems depend on the properties of water to sustain life.
    • 1.1.A.1.i Water has polarity, because of the formation of polar covalent bonds between hydrogen and oxygen within water molecules. This polarity contributes to hydrogen bonding between and within biological molecules.
    • 1.1.A.1.ii Water has a high specific heat capacity, which allows for the maintenance of homeostatic body temperature within living organisms.
    • 1.1.A.1.iii Water has a high heat of vaporization, which allows for the evaporative cooling of the surrounding environment. In living organisms, this property allows for body temperature to be maintained.
  • 1.1.A.2 The hydrogen bonds between adjacent polar water molecules result in cohesion, adhesion, and surface tension.
Русский

Большая идея 4 — Взаимодействие систем: Биологические системы взаимодействуют, и эти системы и их взаимодействия проявляют сложные свойства.

Цель обучения 1.1.A: Объяснить, как свойства воды, возникающие благодаря ее полярности и водородным связям, влияют на её биологическую функцию.

  • 1.1.A.1 Живые системы зависят от свойств воды для поддержания жизни.
    • 1.1.A.1.i Вода имеет полярность из-за образования полярных ковалентных связей между водородом и кислородом внутри молекул воды. Эта полярность способствует образованию водородных связей между и внутри биологических молекул.
    • 1.1.A.1.ii Вода обладает высокой удельной теплоемкостью, что позволяет поддерживать гомеостаз температуры тела в живых организмах.
    • 1.1.A.1.iii Вода обладает высокой теплотой испарения, что обеспечивает испарительное охлаждение окружающей среды. В живых организмах это свойство позволяет поддерживать температуру тела.
  • 1.1.A.2 Водородные связи между соседними полярными молекулами воды приводят к когезии, адгезии и поверхностному натяжению.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Источник: Описание курса и экзамена College Board AP⁩

English

Water is polar 极性: its oxygen pulls electrons more strongly than its hydrogens, giving a slightly negative O and slightly positive H. This lets water molecules form hydrogen bonds 氢键 with each other, which explains water's life-supporting properties:

  • Cohesion 内聚力 and adhesion 附着力 (surface tension, capillary action, water rising in plants),
  • high specific heat 比热容 (resists temperature change, stabilizing organisms),
  • high heat of vaporization (evaporative cooling),
  • ice floating (less dense solid), and being a great solvent for polar and ionic substances.
Русский
Лёд плавает на воде, потому что водородные связи делают твёрдую воду менее плотной, чем жидкую воду
Лёд плавает на воде, потому что водородные связи делают твёрдую воду менее плотной, чем жидкая

Вода является полярной: её кислород притягивает электроны сильнее, чем атомы водорода, создавая на кислороде слегка отрицательный заряд, а на водороде — слегка положительный. Это позволяет молекулам воды образовывать между собой водородные связи, что объясняет поддерживающие жизнь свойства воды:

  • когезия и адгезия (поверхностное натяжение, капиллярный эффект, подъем воды в растениях),
  • высокая удельная теплоёмкость (сопротивляется изменению температуры, стабилизируя организмы),
  • высокая теплота испарения (испарительное охлаждение),
  • плавание льда (менее плотное твердое вещество) и отличная способность быть растворителем для полярных и ионных веществ.
Водородная связь между двумя полярными молекулами воды
Водородная связь между двумя полярными молекулами воды
Explore · ⁨Исследовать⁩

Explore how a covalent bond shares electrons · ⁨Исследуйте, как ковалентная связь делит электроны⁩

Step through two atoms overlapping to share a pair of electrons so each reaches a full shell. In $\text{H}_2$ the two atoms pull equally, so the bond is non-polar — the contrast that makes water's unequal sharing (and its $\delta^+/\delta^-$ dipole) so important. · ⁨Процесс сближения двух атомов для совместного использования пары электронов, чтобы каждый достиг полной оболочки. В $\text{H}_2$ два атома притягивают электроны одинаково, поэтому связь неполярна — этот контраст делает неравномерное деление электронов в воде (и её $\delta^+/\delta^-$ диполь) таким важным.⁩

Vocabulary · ⁨Словарь⁩ Train · ⁨Тренировать⁩
English Русский
polar/ˈpəʊlə/ полярна
hydrogen bonds/ˈhaɪdrədʒn bɒndz/ водородные связи
Cohesion/kəʊˈhiːʒn/ Когезия
adhesion/ədˈhiːʒn/ адгезия
specific heat/spəˈsɪfɪk hiːt/ удельная теплоемкость
Carbon/ˈkɑːbən/ Углерод
macromolecules/ˈmækrəmɒlɪkjuːlz/ макромолекулы
polymers/ˈpɒlɪməz/ полимеры
monomers/ˈmɒnəʊməz/ мономеры
dehydration synthesis/ˌdiːhaɪˈdreɪʃn ˈsɪnθəsɪs/ синтез с отщеплением воды
hydrolysis/haɪˈdrɒləsɪs/ гидролиз
Carbohydrates/ˌkɑːbəʊˈhaɪdreɪts/ Углеводы
monosaccharides/ˈmɒnəʊsækɑːraɪdz/ моносахариды
cellulose/ˈseljuːləʊs/ целлюлоза
Lipids/ˈlɪpɪdz/ Липиды
hydrophobic/ˌhaɪdrəˈfəʊbɪk/ гидрофобный
phospholipids/ˈfɒsfəlɪpɪdz/ фосфолипиды
Nucleic acids/njuːˈklɪɪk ˈæsɪdz/ Нуклеиновые кислоты
nucleotides/ˈnjuːklɪɒtaɪdz/ нуклеотиды
Proteins/ˈprəʊtiːnz/ Белки
amino acids/əˈmiːnəʊ ˈæsɪdz/ аминокислоты
peptide bonds/ˈpeptaɪd bɒndz/ пептидные связи
denature/ˈdenətʃə/ денатурация
1.2

Elements of Life · ⁨Элементы жизни⁩

Syllabus · ⁨Программа⁩
English

Big Idea 2 — Energetics: Biological systems use energy and molecular building blocks to grow, reproduce, and maintain dynamic homeostasis.

Learning Objective 1.2.A: Describe the composition of macromolecules required by living organisms.

  • 1.2.A.1 Atoms and molecules from the environment are necessary to build new molecules. Carbon, hydrogen, and oxygen are the most prevalent elements used to build biological molecules such as carbohydrates, proteins, lipids, and nucleic acids. Additionally:
    • 1.2.A.1.i Sulfur is used in the building of proteins.
    • 1.2.A.1.ii Phosphorus is used in the building of phospholipids (a type of lipid) and nucleic acids.
    • 1.2.A.1.iii Nitrogen is used in the building of nucleic acids.
Русский

Большая идея 2 — Энергетика: Биологические системы используют энергию и молекулярные строительные блоки для роста, размножения и поддержания динамического гомеостаза.

Цель обучения 1.2.A: Описать состав макромолекул, необходимых живым организмам.

  • 1.2.A.1 Атомы и молекулы из окружающей среды необходимы для создания новых молекул. Углерод, водород и кислород — наиболее распространенные элементы, используемые для построения биологических молекул, таких как углеводы, белки, липиды и нуклеиновые кислоты. Кроме того:
    • 1.2.A.1.i Сера используется в строительстве белков.
    • 1.2.A.1.ii Фосфор используется в строительстве фосфолипидов (тип липидов) и нуклеиновых кислот.
    • 1.2.A.1.iii Азот используется в строительстве нуклеиновых кислот.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Источник: Описание курса и экзамена College Board AP⁩

English

Living matter is built mostly from a few elements – carbon, hydrogen, oxygen, nitrogen, phosphorus, and sulfur. Carbon 碳 is central because it forms four stable covalent bonds, building long chains, branches, and rings – the skeletons of all biological molecules.

Русский

Живая материя состоит преимущественно из нескольких элементов — углерода, водорода, кислорода, азота, фосфора и серы. Углерод является центральным, так как образует четыре стабильных ковалентные связи, выстраивая длинные цепи, разветвления и кольца — скелеты всех биологических молекул.

Углеводы и жиры содержат углерод, водород и кислород; белки также содержат азот
Углеводы и жиры содержат углерод, водород и кислород; белки также содержат азот
1.3

Introduction to Macromolecules · ⁨Введение в макромолекулы⁩

Syllabus · ⁨Программа⁩
English

Big Idea 4 — Systems Interactions: Biological systems interact, and these systems and their interactions exhibit complex properties.

Learning Objective 1.3.A: Describe the chemical reactions that build and break biological macromolecules.

  • 1.3.A.1 Hydrolysis is a chemical reaction involving the cleaving of covalent bonds. This type of reaction breaks down molecules into smaller molecules. When water is added to the bond between monomers in a polymer, the bond is broken. The hydrogen ion from a water molecule is added to one monomer and the hydroxyl group of the water molecule is added to the other monomer, completing the reaction.
  • 1.3.A.2 Dehydration synthesis occurs when two smaller molecules are joined together through covalent bonding. A hydrogen ion is removed from one monomer and a hydroxyl group is removed from the other. This causes the loss of the equivalent of a water molecule from the reactants and the connection of the two remaining monomers. The connection of many monomers is known as polymerization.
Русский

Большая идея 4 — Взаимодействие систем: Биологические системы взаимодействуют, и эти системы и их взаимодействия проявляют сложные свойства.

Цель обучения 1.3.A: Описать химические реакции, которые строят и расщепляют биологические макромолекулы.

  • 1.3.A.1 Гидролиз — это химическая реакция, связанная с разрывом ковалентных связей. Этот тип реакций расщепляет молекулы на более мелкие. Когда вода добавляется к связи между мономерами в полимере, связь разрывается. Ион водорода от молекулы воды присоединяется к одному мономеру, а гидроксильная группа молекулы воды — к другому мономеру, завершая реакцию.
  • 1.3.A.2 Синтез дегидратации происходит, когда две меньшие молекулы соединяются посредством ковалентной связи. От одного мономера удаляется ион водорода, а от другого — гидроксильная группа. Это приводит к потере эквивалента молекулы воды из реагентов и соединению двух оставшихся мономеров. Соединение множества мономеров называется полимеризацией.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Источник: Описание курса и экзамена College Board AP⁩

English

Large biological molecules – macromolecules 大分子 – are polymers 聚合物 built from repeating monomers 单体. Cells join monomers by dehydration synthesis 脱水缩合 (removing water to form a bond) and break polymers by hydrolysis 水解 (adding water). Four classes: carbohydrates, lipids, nucleic acids, and proteins.

Русский

Большие биологические молекулы — макромолекулы — это полимеры, построенные из повторяющихся мономеров. Клетки соединяют мономеры посредством конденсации (удаление воды для образования связи) и расщепляют полимеры посредством гидролиза (добавление воды). Четыре класса: углеводы, липиды, нуклеиновые кислоты и белки.

Дегидратационный синтез строит полимеры и выделяет воду; гидролиз обратен этому процессу
Конденсация строит полимеры и выделяет воду; гидролиз обратим этому процессу
Explore · ⁨Исследовать⁩

Explore the four classes of macromolecule by their monomer · ⁨Исследуйте четыре класса макромолекул по их мономерам⁩

Sort each clue into the right macromolecule class by matching the monomer that builds it — sugars, nucleotides or amino acids — and notice that lipids are the odd one out that are not true polymers. · ⁨Распределите каждую подсказку по правильному классу макромолекул, сопоставив мономер, из которого они состоят — сахара, нуклеотиды или аминокислоты — и обратите внимание, что липиды являются исключением, так как они не являются истинными полимерами.⁩

1.4

Carbohydrates · ⁨Углеводы⁩

Syllabus · ⁨Программа⁩
English

Big Idea 4 — Systems Interactions: Biological systems interact, and these systems and their interactions exhibit complex properties.

Learning Objective 1.4.A: Describe the structure and function of carbohydrates.

  • 1.4.A.1 Monosaccharides (simple sugars) are the monomers for polysaccharides (complex carbohydrates). These monomers are connected by covalent bonds to form polymers such as complex carbohydrates, which may be linear or branched.
    • Illustrative examples for 1.4.A.1:
      • Cellulose
      • Starch
      • Glycogen
    • Exclusion statement: The molecular structure of specific carbohydrate polymers is beyond the scope of the AP Exam.
Русский

Большая идея 4 — Взаимодействие систем: Биологические системы взаимодействуют, и эти системы и их взаимодействия проявляют сложные свойства.

Цель обучения 1.4.A: Описать структуру и функции углеводов.

  • 1.4.A.1 Моносахариды (простые сахара) являются мономерами для полисахаридов (сложные углеводы). Эти мономеры соединяются ковалентными связями, образуя полимеры, такие как сложные углеводы, которые могут быть линейными или разветвленными.
    • Иллюстративные примеры для 1.4.A.1:
      • Целлюлоза
      • Крахмал
      • Гликоген
    • Замечание об исключении: Молекулярная структура конкретных полимеров углеводов не входит в рамки экзамена AP.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Источник: Описание курса и экзамена College Board AP⁩

English

Carbohydrates 碳水化合物 are made of sugar monomers (monosaccharides 单糖 like glucose). They store energy (starch, glycogen) and provide structure (cellulose 纤维素 in plant walls). Their many hydroxyl groups make them polar and water-soluble.

Русский

Углеводы состоят из сахарных мономеров (моносахаридов, таких как глюкоза). Они запасают энергию (крахмал, гликоген) и обеспечивают структуру (целлюлоза в клеточных стенках растений). Множество их гидроксильных групп делает их полярными и растворимыми в воде.

Формы запасных полисахаридов (крахмал, гликоген) и структурного целлюлозы
Формы запасных полисахаридов (крахмал, гликоген) и структурной целлюлозы
1.5

Lipids · ⁨Липиды⁩

Syllabus · ⁨Программа⁩
English

Big Idea 4 — Systems Interactions: Biological systems interact, and these systems and their interactions exhibit complex properties.

Learning Objective 1.5.A: Describe the structure and function of lipids.

  • 1.5.A.1 Lipids are typically nonpolar, hydrophobic molecules whose structure and function are derived from the way their subcomponents are assembled. Fatty acids can be described as either saturated or unsaturated.
    • 1.5.A.1.i Saturated fatty acids contain only single bonds between carbon atoms.
    • 1.5.A.1.ii Unsaturated fatty acids contain at least one double bond between carbon atoms, which causes the carbon chain to kink.
    • 1.5.A.1.iii The more double bonds in a fatty acid tail, the more unsaturated the lipid becomes.
    • 1.5.A.1.iv The more unsaturated a lipid is, the more liquid it is at room temperature.
  • 1.5.A.2 Lipids provide a variety of functions for living organisms. Some examples of lipids are fats, steroids including cholesterol, and phospholipids.
    • 1.5.A.2.i Fats provide energy storage and support cell function. In some cases, they can also provide insulation to help keep mammals warm.
    • 1.5.A.2.ii Steroids are hormones that support physiological functions including growth and development, energy metabolism, and homeostasis.
    • 1.5.A.2.iii Cholesterol provides essential structural stability to animal cell membranes.
    • 1.5.A.2.iv Phospholipids group together to form the lipid bilayers found in plasma and cell membranes.
    • Exclusion statement: The molecular structure of specific lipids is beyond the scope of the AP Exam.
Русский

Большая идея 4 — Взаимодействие систем: Биологические системы взаимодействуют, и эти системы и их взаимодействия проявляют сложные свойства.

Цель обучения 1.5.A: Описать структуру и функции липидов.

  • 1.5.A.1 Липиды обычно неполярны и гидрофобны; их структура и функции определяются способом сборки субкомпонентов. Жирные кислоты можно классифицировать как насыщенные или ненасыщенные.
    • 1.5.A.1.i Насыщенные жирные кислоты содержат только одинарные связи между атомами углерода.
    • 1.5.A.1.ii Ненасыщенные жирные кислоты содержат как минимум одну двойную связь между атомами углерода, что вызывает изгиб углеродной цепи.
    • 1.5.A.1.iii Чем больше двойных связей в хвосте жирной кислоты, тем более ненасыщенным становится липид.
    • 1.5.A.1.iv Чем более ненасыщен липид, тем более жидким он является при комнатной температуре.
  • 1.5.A.2 Липиды выполняют разнообразные функции у живых организмов. Примерами липидов являются жиры, стероиды, включая холестерин, и фосфолипиды.
    • 1.5.A.2.i Жиры обеспечивают запас энергии и поддерживают функцию клеток. В некоторых случаях они также служат теплоизоляцией, помогая млекопитающим сохранять тепло.
    • 1.5.A.2.ii Стероиды — это гормоны, поддерживающие физиологические функции, включая рост и развитие, энергетический метаболизм и гомеостаз.
    • 1.5.A.2.iii Холестерин обеспечивает необходимую структурную стабильность клеточных мембран животных.
    • 1.5.A.2.iv Фосфолипиды объединяются, образуя липидные бислои, встречающиеся в плазматических и клеточных мембранах.
    • Замечание об исключении: Молекулярная структура конкретных липидов не входит в рамки экзамена AP.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Источник: Описание курса и экзамена College Board AP⁩

English

Lipids 脂质 are nonpolar and do not mix with water (hydrophobic 疏水). They include fats (long-term energy storage), phospholipids 磷脂 (which build membranes), and steroids. A phospholipid has a polar "head" and nonpolar "tails," the key to the cell membrane.

Русский

Липиды являются неполярными и не смешиваются с водой (гидрофобные). К ним относятся жиры (долгосрочное хранение энергии), фосфолипиды (строители мембран) и стероиды. Фосфолипид имеет полярную «головку» и неполярные «хвосты», что является ключом к построению клеточной мембраны.

Фосфолипид имеет полярную головку и две неполярные хвосты, поэтому фосфолипиды образуют бислой
У фосфолипида есть полярная головка и два неполярных хвоста, поэтому фосфолипиды образуют бислой
Триглицерид: глицерин, связанный с тремя жирными кислотами
Триглицерид: глицерин, присоединённый к трём жирным кислотам
1.6

Nucleic Acids · ⁨Нуклеиновые кислоты⁩

Syllabus · ⁨Программа⁩
English

Big Idea 3 — Information Storage and Transmission: Living systems store, retrieve, transmit, and respond to information essential to life processes.

Learning Objective 1.6.A: Describe the structure and function of DNA and RNA.

  • 1.6.A.1 In nucleic acids (DNA and RNA), biological information is encoded in sequences of nucleotide monomers. Each nucleotide has the following structural components: a five-carbon sugar (deoxyribose or ribose), a phosphate, and a nitrogenous base (adenine, thymine, guanine, cytosine, or uracil).
  • 1.6.A.2 Nucleic acids have a linear sequence of nucleotides that have ends, defined by the 3' (three prime) hydroxyl and 5' (five prime) phosphates of the sugar in the nucleotide. During nucleic acid synthesis, nucleotides are added to the 3' end of the growing strand, resulting in the formation of covalent bonds between nucleotides.
    • Exclusion statement: The molecular structure of specific nucleotides is beyond the scope of the AP Exam.
  • 1.6.A.3 DNA is structured as an antiparallel double helix, with two strands of nucleotides running in opposite 5' to 3' orientation. In DNA, adenine nucleotides pair with thymine nucleotides via hydrogen bonds (A-T), and cytosine nucleotides pair with guanine nucleotides via hydrogen bonds (C-G). In RNA, adenine pairs with uracil (A-U).
  • 1.6.A.4 Structural differences between DNA and RNA include:
    • 1.6.A.4.i DNA contains the sugar deoxyribose, and RNA contains the sugar ribose.
    • 1.6.A.4.ii DNA contains the nitrogenous base thymine, and RNA contains the nitrogenous base uracil.
    • 1.6.A.4.iii DNA is typically double stranded, while RNA is typically single stranded.
Русский

Большая идея 3 — Хранение и передача информации: Живые системы хранят, извлекают, передают и реагируют на информацию, необходимую для жизнедеятельности.

Цель обучения 1.6.A: Описать структуру и функции ДНК и РНК.

  • 1.6.A.1 В нуклеиновых кислотах (ДНК и РНК) биологическая информация кодируется последовательностями нуклеотидных мономеров. Каждый нуклеотид имеет следующие структурные компоненты: пятиуглеродный сахар (дезоксирибоза или рибоза), остаток фосфорной кислоты и азотистое основание (аденин, тимин, гуанин, цитозин или урацил).
  • 1.6.A.2 Нуклеиновые кислоты имеют линейную последовательность нуклеотидов с концами, определенными гидроксильной группой 3' (три prime) и фосфатной группой 5' (пять prime) сахара в нуклеотиде. Во время синтеза нуклеиновых кислот нуклеотиды добавляются к 3'-концу растущей цепи, что приводит к образованию ковалентных связей между нуклеотидами.
    • Замечание об исключении: Молекулярная структура конкретных нуклеотидов не входит в рамки экзамена AP.
  • 1.6.A.3 ДНК структурирована как антипараллельная двойная спираль, где две цепи нуклеотидов идут в противоположном направлении от 5' к 3'. В ДНК нуклеотиды аденина спариваются с нуклеотидами тимина посредством водородных связей (A-T), а нуклеотиды цитозина спариваются с нуклеотидами гуанина посредством водородных связей (C-G). В РНК аденин спаривается с урацилом (A-U).
  • 1.6.A.4 Структурные различия между ДНК и РНК включают:
    • 1.6.A.4.i ДНК содержит сахар дезоксирибозу, а РНК содержит сахар рибозу.
    • 1.6.A.4.ii ДНК содержит азотистое основание тимин, а РНК содержит азотистое основание урацил.
    • 1.6.A.4.iii ДНК обычно двухцепочечная, тогда как РНК обычно одноцепочечная.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Источник: Описание курса и экзамена College Board AP⁩

English

Nucleic acids 核酸 (DNA and RNA) store and carry genetic information. Their monomers are nucleotides 核苷酸, each a sugar, a phosphate, and a nitrogen base. The base sequence encodes instructions; DNA is double-stranded, RNA single-stranded.

Русский
Пространственная модель двойной спирали ДНК (NHGRI)
Модель заполнения пространства двойной спирали ДНК (NHGRI)

Нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК) хранят и передают генетическую информацию. Их мономеры — нуклеотиды, каждый из которых состоит из сахара, фосфатной группы и азотистого основания. Последовательность оснований кодирует инструкции; ДНК двухцепочечная, РНК одноцепочечная.

Комплементарное спаривание оснований удерживает вместе два антипараллельных strands ДНК
Комплементарное спаривание оснований удерживает две антипараллельные цепи ДНК вместе
Explore · ⁨Исследовать⁩

Explore complementary base pairing · ⁨Исследуйте комплементарное спаривание оснований⁩

Step along a DNA template and watch each base pair to its partner by complementary base pairing ($A$ with $T$, $G$ with $C$) — the rule that lets either strand act as a template to rebuild the other. · ⁨Двигайтесь вдоль матрицы ДНК и наблюдайте, как каждое основание спаривается со своим партнёром посредством комплементарного спаривания оснований ($A$ с $T$, $G$ с $C$) — правила, позволяющего каждой цепи служить матрицей для восстановления другой.⁩

1.7

Proteins · ⁨Белки⁩

Syllabus · ⁨Программа⁩
English

Big Idea 3 — Information Storage and Transmission: Living systems store, retrieve, transmit, and respond to information essential to life processes.

Learning Objective 1.7.A: Describe the structure and function of proteins.

  • 1.7.A.1 Proteins comprise linear chains of amino acids connected by the formation of covalent (peptide) bonds that form between a carboxyl group ($-\text{COOH}$) of one amino acid and an amine group ($-\text{NH}_2$) of the next amino acid, resulting in a growing peptide chain.
  • 1.7.A.2 Amino acids are composed of a central carbon atom with a hydrogen atom, a carboxyl group, an amine group, and a variable R group covalently bound to it. The R group of an amino acid can be categorized by three possible chemical properties: hydrophobic/nonpolar, hydrophilic/polar, or ionic. The interactions of these R groups determine the structure and function of that region of the protein.
  • 1.7.A.3 The specific sequence of amino acids in proteins determines the primary structure of a polypeptide as well as the overall shape of the protein.
    • Exclusion statement: The molecular structure of amino acids is beyond the scope of the AP Exam.
  • 1.7.A.4 Secondary structures of proteins are made through the local folding that forms from interactions between atoms of the polypeptide backbone of the amino acid chain. Hydrogen bonding forms shapes such as alpha-helices and beta-pleated sheets.
  • 1.7.A.5 The three-dimensional shape of the tertiary structure of a protein results from the formation of hydrogen bonds, hydrophobic interactions, ionic interactions, or disulfide bridges.
  • 1.7.A.6 The quaternary structure arises from interactions between multiple polypeptides. All four levels of a protein structure determine the function of a protein.
Русский

Большая идея 3 — Хранение и передача информации: Живые системы хранят, извлекают, передают и реагируют на информацию, необходимую для жизнедеятельности.

Цель обучения 1.7.A: Описать структуру и функции белков.

  • 1.7.A.1 Белки представляют собой линейные цепи аминокислот, соединенные образованием ковалентных (пептидных) связей, которые образуются между карбоксильной группой ($-\text{COOH}$) одной аминокислоты и аминогруппой ($-\text{NH}_2$) следующей аминокислоты, что приводит к росту пептидной цепи.
  • 1.7.A.2 Аминокислоты состоят из центрального атома углерода, связанного с атомом водорода, карбоксильной группой, аминогруппой и переменным R-группой. R-группу аминокислоты можно классифицировать по трем возможным химическим свойствам: гидрофобная/неполярная, гидрофильная/полярная или ионная. Взаимодействия этих R-групп определяют структуру и функцию данного участка белка.
  • 1.7.A.3 Специфическая последовательность аминокислот в белках определяет первичную структуру полипептида, а также общую форму белка.
    • Замечание об исключении: Молекулярная структура аминокислот не входит в рамки экзамена AP.
  • 1.7.A.4 Вторичные структуры белков образуются за счет локального сворачивания, возникающего в результате взаимодействий между атомами скелета полипептидной цепи аминокислотной цепи. Водородные связи формируют такие формы, как α-спирали и β-складчатые листы.
  • 1.7.A.5 Трехмерная форма третичной структуры белка возникает в результате образования водородных связей, гидрофобных взаимодействий, ионных взаимодействий или дисульфидных мостиков.
  • 1.7.A.6 Четверичная структура возникает в результате взаимодействий между несколькими полипептидными цепями. Все четыре уровня структуры белка определяют его функцию.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Источник: Описание курса и экзамена College Board AP⁩

English

Proteins 蛋白质 are polymers of amino acids 氨基酸 joined by peptide bonds 肽键. Their sequence folds into a specific 3-D shape at four levels (primary, secondary, tertiary, quaternary), and shape determines function – as enzymes, transporters, receptors, and structural parts. Changing the environment (heat, pH) can denature 变性 a protein, unfolding it and stopping its function.

Worked example. Building a polymer from 10 monomers by dehydration synthesis forms 9 bonds and releases 9 water molecules — one per bond, so $N$ monomers release $N-1$ waters. Hydrolysis reverses this exactly: adding those 9 waters breaks the polymer back into 10 monomers. This is why biosynthesis (dehydration) and digestion (hydrolysis) are chemical opposites.

Русский
Четвертичная структура гемоглобина: четыре свернутые полипептидные цепи, каждая из которых содержит гемовую группу
Кватерничная структура гемоглобина: четыре свернутые полипептидные цепи, каждая содержит гемовую группу

Белки — это полимеры аминокислот, соединённых пептидными связями. Их последовательность сворачивается в специфическую 3-D форму на четырёх уровнях (первичный, вторичный, третичный, четвертичный), и форма определяет функцию — как ферменты, транспортёры, рецепторы и структурные компоненты. Изменение среды (температура, pH) может денатурировать белок, развернув его и остановив его функционирование.

Аминокислота и пептидная связь, образованная конденсацией
Аминокислота и пептидная связь, образованная конденсацией
Четыре уровня структуры белка
Четыре уровня структуры белка

Разобранный пример. Построение полимера из 10 мономеров путём конденсации образует 9 связей и выделяет 9 молекул воды — по одной на каждую связь, следовательно, $N$ мономеров выделяют $N-1$ воды. Гидролиз обратен этому ровно: добавление этих 9 молекул воды расщепляет полимер обратно на 10 мономеров. Именно поэтому биосинтез (конденсация) и пищеварение (гидролиз) являются химическими противоположностями.

1.7

Exam tips · ⁨Советы для экзамена⁩

English
  • Trace every property of water back to its polarity and hydrogen bonding (cohesion, high specific heat, solvent power).
  • Know the four macromolecule classes and their monomers; polymers are built by dehydration synthesis and broken by hydrolysis.
  • For proteins, structure (shape) determines function — heat or a pH change denatures them and stops them working.
  • In DNA the bases pair A–T and C–G on antiparallel strands; RNA is single-stranded and uses U.
  • Link each molecule to its role (carbohydrates: energy/structure; lipids: membranes/storage; nucleic acids: information).
Русский
  • Проследите каждое свойство воды до его полярности и водородных связей (когезия, высокая удельная теплоёмкость, растворительная способность).
  • Знать четыре класса макромолекул и их мономеры; полимеры строятся путем конденсации и расщепляются путем гидролиза.
  • Для белков структура (форма) определяет функцию — тепло или изменение pH денатурируют их и останавливают работу.
  • В ДНК основания спариваются A–T и C–G на антипараллельных цепях; РНК одноцепочечна и использует U.
  • Сопоставьте каждую молекулу с её ролью (углеводы: энергия/структура; липиды: мембраны/запасы; нуклеиновые кислоты: информация).

Interactive lessons on this topic · ⁨Интерактивные уроки по этой теме⁩

Work through it step by step, with instant-check exercises. · ⁨Пройдите его шаг за шагом с упражнениями мгновенной проверки.⁩

Past Papers · ⁨Архив экзаменационных работ⁩

More topics in AP Biology · ⁨AP Биология⁩ · ⁨Больше тем в AP Biology · ⁨AP Биология⁩⁩

Log in or create account · ⁨Войти или создать аккаунт⁩

IGCSE, A-Level & AP