Hoofdstuk 1: Inleiding
1. Inleiding
Alle eigenschappen v/h leven worden bepaald dr biomoleculen:
voortplanting, groei, metabolisme, signaaltransductie …
1 Å (angstrom) = 10 000 Gauss
≠ soorten biomoleculen: eiwitten, suikers
(sachariden), nucleïnezuren, vetten (lipiden)
→ meestal in waterig milieu (lichaam)
2. Chemische elementen van levende materie
Primaire elementen C, H, O (94%)
75% lichaamsgewicht is water
Secundaire elementen N, P, S Cl, K, Ca, Mg (6%)
Microbestanddelen Fe, Zn, I
Sporen Mn, Cu, Co, F, Se
3D structuur → belangrijke rol bij biochemische en fysiologische functie v/e biomolecule
vb.: enzymatische reactie (lock and key)
↪ space filling: atomen voorgesteld als bollen (‘ware’ grootte)
↪ ball & stick: atomen voorgesteld als bollen, bindingen als stick
3. Covalente bindingen in biomoleculen
Covalente binding = binding waarbij atomen elektronen gaan delen
Overzicht belangrijke covalente bindingen:
Binding Structuur Voorkomen
Ether Membraanlipiden
Carboxyl ester Triglyceriden
Fosfaat ester Fosfo eiwitten
Fosfo di ester Nucleïnezuren,
fosfolipiden
Amide Polypeptiden
Thio-ester Acetyl-Co enzym A
1
, Thio-ether Methione
4. Niet-covalente interacties in biomoleculen
Zwakke krachten mr grote gezamenlijke som → groot effect op structuur (stabiliteit)
Makkelijk verbreekbaar → nodige flexibiliteit voor functie
1) Dipool interacties
→ bij moleculen met ongelijke verdeling van ladingen
2) Van der Waals krachten
→ intermoleculaire interacties tss neutrale atomen wnr deze dicht bij elkaar
naderen
3) Waterstofbruggen
→ kracht tss elektronenpaar op sterk EN atoom (O, N, F) en naburig H-atoom
4) Zoutbruggen (lading-lading interacties)
→ elektrostatische binding tss 2 tegengesteld geladen atomen (sterke binding)
5) Hydrofobe interacties
→ bij groepen die geen interactie met water aangaan
→ drijvende kracht: minimaliseren contactopp. tss hydrofobe structuren en water
Permanente en geïnduceerde dipool interacties
a) Permanente dipolen
Ongelijke verdeling van hun lading: 1 uiteinde is positiever dan ander uiteinde
Nettolading kan nul zijn (vb.: H2O en CO2)
Dipoolmoment µ: maat voor polariteit v/d molecule
Wordt aangeduid als vector met grootte µ = qx (q = lading; x = afstand)
b) Geïnduceerde dipolen
Moleculen kunnen een dipoolmoment krijgen in elektrisch veld
(vb.: aromatische verbindingen)
Moleculaire afstoting bij extreem kleine afstanden: de van der Waals radius
Atomen omgeven door elektronenwolken → te dicht bij elkaar → afstotende kracht = r-12
Minimumafstand waarop 2 atomen kunnen naderen is de van der Waals radius R
5. Belangrijke functionele groepen in biomoleculen
Naam Functionele groep Voorkomen
Methylgroep Lipiden e.a.
Ethylgroep Lipiden e.a.
Methyleengroep Lipiden e.a.
Hydroxylgroep Bijna alle biomoleculen
2
, Carbonylgroep Aminozuren, eiwitten,
suikers, vetten
Aldehyde keto
Carboxylgroep Suikers
Primair amine Eiwitten, lipiden
Secundair amine Eiwitten, nucleïnezuren
Tertiair amine Eiwitten
Sulfaatgroep ≠ biomoleculen
Fosfaatgroep Nucleïnezuren
Acylgroep Suikers
Hemiacetalgroep Cyclische vormen van
monosachariden
Acetalgroep Disachariden
6. Eigenschappen van water
Alle biomoleculen komen voor in waterige omgeving → water heeft effect op vorm
Water zorgt voor transport van (bio)moleculen naar/van de plaats van
chemische reacties
Water speelt actieve rol bij chemische processen
Fotosynthese: oxidatie van water met vorming van zuurstof
Fysische eigenschappen van water
a) Water is een polaire molecule
O is partieel negatief geladen
H is partieel positief geladen
Elektrostatische interacties zijn cruciaal
Tussen H2O-moleculen ontstaan waterstofbruggen
Elke watermolecule neemt andere oriëntatie aan elke 10-12 s
Structuur ijs door waterstofbruggen → elke watermolecule omgeven dr 4
andere watermoleculen (tetraëder) → open structuur (water zet uit bij bevriezen)
↪ belangrijk voor leven (anders zou bevroren water zinken en nooit meer smelten)
b) Hydrofiele moleculen lossen op in water
3
, Oplosbaarheid product = kan beter interageren met solvent dan met eigen moleculen
Vooral polaire en ionaire moleculen worden opgelost in water = hydrofiel
Apolaire moleculen → oplosbaar in apolaire solventen = hydrofoob
4
1. Inleiding
Alle eigenschappen v/h leven worden bepaald dr biomoleculen:
voortplanting, groei, metabolisme, signaaltransductie …
1 Å (angstrom) = 10 000 Gauss
≠ soorten biomoleculen: eiwitten, suikers
(sachariden), nucleïnezuren, vetten (lipiden)
→ meestal in waterig milieu (lichaam)
2. Chemische elementen van levende materie
Primaire elementen C, H, O (94%)
75% lichaamsgewicht is water
Secundaire elementen N, P, S Cl, K, Ca, Mg (6%)
Microbestanddelen Fe, Zn, I
Sporen Mn, Cu, Co, F, Se
3D structuur → belangrijke rol bij biochemische en fysiologische functie v/e biomolecule
vb.: enzymatische reactie (lock and key)
↪ space filling: atomen voorgesteld als bollen (‘ware’ grootte)
↪ ball & stick: atomen voorgesteld als bollen, bindingen als stick
3. Covalente bindingen in biomoleculen
Covalente binding = binding waarbij atomen elektronen gaan delen
Overzicht belangrijke covalente bindingen:
Binding Structuur Voorkomen
Ether Membraanlipiden
Carboxyl ester Triglyceriden
Fosfaat ester Fosfo eiwitten
Fosfo di ester Nucleïnezuren,
fosfolipiden
Amide Polypeptiden
Thio-ester Acetyl-Co enzym A
1
, Thio-ether Methione
4. Niet-covalente interacties in biomoleculen
Zwakke krachten mr grote gezamenlijke som → groot effect op structuur (stabiliteit)
Makkelijk verbreekbaar → nodige flexibiliteit voor functie
1) Dipool interacties
→ bij moleculen met ongelijke verdeling van ladingen
2) Van der Waals krachten
→ intermoleculaire interacties tss neutrale atomen wnr deze dicht bij elkaar
naderen
3) Waterstofbruggen
→ kracht tss elektronenpaar op sterk EN atoom (O, N, F) en naburig H-atoom
4) Zoutbruggen (lading-lading interacties)
→ elektrostatische binding tss 2 tegengesteld geladen atomen (sterke binding)
5) Hydrofobe interacties
→ bij groepen die geen interactie met water aangaan
→ drijvende kracht: minimaliseren contactopp. tss hydrofobe structuren en water
Permanente en geïnduceerde dipool interacties
a) Permanente dipolen
Ongelijke verdeling van hun lading: 1 uiteinde is positiever dan ander uiteinde
Nettolading kan nul zijn (vb.: H2O en CO2)
Dipoolmoment µ: maat voor polariteit v/d molecule
Wordt aangeduid als vector met grootte µ = qx (q = lading; x = afstand)
b) Geïnduceerde dipolen
Moleculen kunnen een dipoolmoment krijgen in elektrisch veld
(vb.: aromatische verbindingen)
Moleculaire afstoting bij extreem kleine afstanden: de van der Waals radius
Atomen omgeven door elektronenwolken → te dicht bij elkaar → afstotende kracht = r-12
Minimumafstand waarop 2 atomen kunnen naderen is de van der Waals radius R
5. Belangrijke functionele groepen in biomoleculen
Naam Functionele groep Voorkomen
Methylgroep Lipiden e.a.
Ethylgroep Lipiden e.a.
Methyleengroep Lipiden e.a.
Hydroxylgroep Bijna alle biomoleculen
2
, Carbonylgroep Aminozuren, eiwitten,
suikers, vetten
Aldehyde keto
Carboxylgroep Suikers
Primair amine Eiwitten, lipiden
Secundair amine Eiwitten, nucleïnezuren
Tertiair amine Eiwitten
Sulfaatgroep ≠ biomoleculen
Fosfaatgroep Nucleïnezuren
Acylgroep Suikers
Hemiacetalgroep Cyclische vormen van
monosachariden
Acetalgroep Disachariden
6. Eigenschappen van water
Alle biomoleculen komen voor in waterige omgeving → water heeft effect op vorm
Water zorgt voor transport van (bio)moleculen naar/van de plaats van
chemische reacties
Water speelt actieve rol bij chemische processen
Fotosynthese: oxidatie van water met vorming van zuurstof
Fysische eigenschappen van water
a) Water is een polaire molecule
O is partieel negatief geladen
H is partieel positief geladen
Elektrostatische interacties zijn cruciaal
Tussen H2O-moleculen ontstaan waterstofbruggen
Elke watermolecule neemt andere oriëntatie aan elke 10-12 s
Structuur ijs door waterstofbruggen → elke watermolecule omgeven dr 4
andere watermoleculen (tetraëder) → open structuur (water zet uit bij bevriezen)
↪ belangrijk voor leven (anders zou bevroren water zinken en nooit meer smelten)
b) Hydrofiele moleculen lossen op in water
3
, Oplosbaarheid product = kan beter interageren met solvent dan met eigen moleculen
Vooral polaire en ionaire moleculen worden opgelost in water = hydrofiel
Apolaire moleculen → oplosbaar in apolaire solventen = hydrofoob
4
