Biochemie Prof. Gettemans
De cel: fundamentele concepten, structuur en functie Partim biochemie
1. Hoofdstuk I - zwakke krachten en hun rol in de biochemie
(MCB 2.1)
1.1. Waterstofbruggen tussen watermoleculen
• Levende organismen: 70-80% water
• Grote ENW van O-atoom ⇒ het zuigt het gemeenschappelijk elektronenpaar van covalente
binding met H- atoom naar zich toe ⇒ partieel negatief geladen O-atoom + partieel positief
geladen H-atomen ⇒ polariteit met dipoolmoment
è oriëntatie watermoleculen: vrije e-paar van O-atoom richt zich naar H-atoom van nabije
watermolecule
è Er ontstaat een zwakke interactie = H-brug (echter: geen elektronen gedeeld à lagere
bindingsenergie dan O-H)
è Ook de afstand tussen de atomen is verschillend à covalent = 1.2 Å en H-brug = 2.7 Å
è Dynamisch netwerk van water (à hoge kookpunt)
1.2. Waterstofbruggen tussen biomoleculen met geschikte functionele groepen (-OH,
-NH2, C=O, -CONH2) à met elektronegatief karakter
• Functionele groepen à H-bruggen vormen à goede oplosbaarheid in water = hydrofiel
è Molecuul dat waterstof ‘aanneemt’ = waterstofbrugacceptor
è Molecuul dat waterstof ‘aanbiedt’ = waterstofbrugdonor
(Zie vb. p. 9 cursus prof. Gettemans)
1
,Biochemie Prof. Gettemans
1.3. Ionaire binding
• ΔEN groot à overgang e-paar van waterstofbrugdonormolecule naar meer EN atoom/molecule
è ontstaan anion + kation (Zie vb. p. 10 cursus prof. Gettemans)
• I.t.t. covalente binding en H-brug is aantrekkingskracht onafhankelijk van richting; bepaald
door omgevingsfactoren, m.n. diëlektriciteitsconstante D
(voorbeeld: in water groter dan in vacuüm: doorlaatbaarheid ‘stroom’ in een medium ~ 1/D)
• Door dipoolkarakter van water à ionen goed oplossen: partieel negatieve ladingen richten zich
naar positieve lading van bv. metaalionen
è Ze krijgen een watermantel + hydratatie-energie komt vrij
1.4. Van der Waalsinteracties (= vdW)
• In niet-polaire moleculen à tijdelijke inductie van dipool à zwakke interactie, afh. van afstand
• Elk atoom neemt een bepaald volume in
è Te dicht: sterke afstoting (ze dringen elkaars volume binnen)
è Te ver: te zwakke kracht
è Optimale afstand: Van der Waalsradius (~ 2 keer de afstand van de covalente binding)
è Geringe energie; toch belangrijk
è Herkenning & binding van de juiste partners is belangrijk à complementaire stapeling (cf.
sleutel-slotsysteem)
2
,Biochemie Prof. Gettemans
1.5. Hydrofoob effect
• Hydrofobe verbindingen (moeilijk oplosbaar in water)
è Energetisch ongunstige situatie als één molecule in water wordt gebracht à verstoring
van het waternetwerk
è Minder ongunstige situatie als meerdere moleculen in water worden gebracht à
hydrofoben associëren met elkaar à hydrofobe oppervlakte wordt kleiner
Voorbeeld: spinnenwebben hebben hydrofobe Van der Waalsinteracties
1.6. De totaalsom
• Bovenstaande interacties = zwak
• Echter: transiënte stabilisatie = som van individuele bijdragen van alle zwakke interacties;
afzonderlijke krachten werken ook samen; ze zijn dus afhankelijk van elkaar (de één is het
gevolg van het ander)
è Dubbelstrengig DNA geeft aanleiding tot vormen van membraanstructuur à H-
brugvorming + hydrofobe krachten
è 3D-structuur van eiwitten à H-brugvorming + van der Waals interacties + hydrofobe
reacties
• Ruimtelijke en fysicochemische complementariteit is nodig voor herkenning
è De vormen van hun oppervlakken moeten gelijk zijn + de groepen moeten energetisch
gunstige interacties kunnen aangaan
è Nadelig: 2 gelijke ladingen tegenover elkaar, lading tegenover hydrofobe groep, geen
vormelijke complementariteit
(Zie ook figuur 1.6 op p. 14 cursus prof. Gettemans en fig. 2-24 in MCB)
3
, Biochemie Prof. Gettemans
2. Hoofdstuk II - lipiden en cellulaire membranen (MCB 10)
2.1. Inleiding
• Klassen organische macromoleculen (in de cel zelf gesynthetiseerd):
è Eiwitten
è Polynucleotiden
è Suikers
è Vetten (= lipiden)
• Lipiden
è Hydrofoob (soms hydrofiel gedeelte)
è Functies
1. Brandstof (cellulaire energiebron
2. Signaalmolecule
3. Onderdeel van biologische membranen
è 3 belangrijkste groepen in de membranen:
o Fosfolipiden
o Glycolipiden
o Cholesterol
• Ziektes door een probleem met lipiden:
è Multiple sclerosis (MS) = verlies van plasmalogen (lipide) uit myeline à demyelinisatie
(oogproblemen)
o Ether ipv ester in plasmalogen
è Hartaandoeningen: antilichamen tegen fosfolipiden à AUTOIMMUUNZIEKTE
(= aandoening waarbij jouw antistoffen je lichaamseigen componenten aanvalt)
è Alzheimer: verhoogde afbraak van membraan fosfolipiden
4
De cel: fundamentele concepten, structuur en functie Partim biochemie
1. Hoofdstuk I - zwakke krachten en hun rol in de biochemie
(MCB 2.1)
1.1. Waterstofbruggen tussen watermoleculen
• Levende organismen: 70-80% water
• Grote ENW van O-atoom ⇒ het zuigt het gemeenschappelijk elektronenpaar van covalente
binding met H- atoom naar zich toe ⇒ partieel negatief geladen O-atoom + partieel positief
geladen H-atomen ⇒ polariteit met dipoolmoment
è oriëntatie watermoleculen: vrije e-paar van O-atoom richt zich naar H-atoom van nabije
watermolecule
è Er ontstaat een zwakke interactie = H-brug (echter: geen elektronen gedeeld à lagere
bindingsenergie dan O-H)
è Ook de afstand tussen de atomen is verschillend à covalent = 1.2 Å en H-brug = 2.7 Å
è Dynamisch netwerk van water (à hoge kookpunt)
1.2. Waterstofbruggen tussen biomoleculen met geschikte functionele groepen (-OH,
-NH2, C=O, -CONH2) à met elektronegatief karakter
• Functionele groepen à H-bruggen vormen à goede oplosbaarheid in water = hydrofiel
è Molecuul dat waterstof ‘aanneemt’ = waterstofbrugacceptor
è Molecuul dat waterstof ‘aanbiedt’ = waterstofbrugdonor
(Zie vb. p. 9 cursus prof. Gettemans)
1
,Biochemie Prof. Gettemans
1.3. Ionaire binding
• ΔEN groot à overgang e-paar van waterstofbrugdonormolecule naar meer EN atoom/molecule
è ontstaan anion + kation (Zie vb. p. 10 cursus prof. Gettemans)
• I.t.t. covalente binding en H-brug is aantrekkingskracht onafhankelijk van richting; bepaald
door omgevingsfactoren, m.n. diëlektriciteitsconstante D
(voorbeeld: in water groter dan in vacuüm: doorlaatbaarheid ‘stroom’ in een medium ~ 1/D)
• Door dipoolkarakter van water à ionen goed oplossen: partieel negatieve ladingen richten zich
naar positieve lading van bv. metaalionen
è Ze krijgen een watermantel + hydratatie-energie komt vrij
1.4. Van der Waalsinteracties (= vdW)
• In niet-polaire moleculen à tijdelijke inductie van dipool à zwakke interactie, afh. van afstand
• Elk atoom neemt een bepaald volume in
è Te dicht: sterke afstoting (ze dringen elkaars volume binnen)
è Te ver: te zwakke kracht
è Optimale afstand: Van der Waalsradius (~ 2 keer de afstand van de covalente binding)
è Geringe energie; toch belangrijk
è Herkenning & binding van de juiste partners is belangrijk à complementaire stapeling (cf.
sleutel-slotsysteem)
2
,Biochemie Prof. Gettemans
1.5. Hydrofoob effect
• Hydrofobe verbindingen (moeilijk oplosbaar in water)
è Energetisch ongunstige situatie als één molecule in water wordt gebracht à verstoring
van het waternetwerk
è Minder ongunstige situatie als meerdere moleculen in water worden gebracht à
hydrofoben associëren met elkaar à hydrofobe oppervlakte wordt kleiner
Voorbeeld: spinnenwebben hebben hydrofobe Van der Waalsinteracties
1.6. De totaalsom
• Bovenstaande interacties = zwak
• Echter: transiënte stabilisatie = som van individuele bijdragen van alle zwakke interacties;
afzonderlijke krachten werken ook samen; ze zijn dus afhankelijk van elkaar (de één is het
gevolg van het ander)
è Dubbelstrengig DNA geeft aanleiding tot vormen van membraanstructuur à H-
brugvorming + hydrofobe krachten
è 3D-structuur van eiwitten à H-brugvorming + van der Waals interacties + hydrofobe
reacties
• Ruimtelijke en fysicochemische complementariteit is nodig voor herkenning
è De vormen van hun oppervlakken moeten gelijk zijn + de groepen moeten energetisch
gunstige interacties kunnen aangaan
è Nadelig: 2 gelijke ladingen tegenover elkaar, lading tegenover hydrofobe groep, geen
vormelijke complementariteit
(Zie ook figuur 1.6 op p. 14 cursus prof. Gettemans en fig. 2-24 in MCB)
3
, Biochemie Prof. Gettemans
2. Hoofdstuk II - lipiden en cellulaire membranen (MCB 10)
2.1. Inleiding
• Klassen organische macromoleculen (in de cel zelf gesynthetiseerd):
è Eiwitten
è Polynucleotiden
è Suikers
è Vetten (= lipiden)
• Lipiden
è Hydrofoob (soms hydrofiel gedeelte)
è Functies
1. Brandstof (cellulaire energiebron
2. Signaalmolecule
3. Onderdeel van biologische membranen
è 3 belangrijkste groepen in de membranen:
o Fosfolipiden
o Glycolipiden
o Cholesterol
• Ziektes door een probleem met lipiden:
è Multiple sclerosis (MS) = verlies van plasmalogen (lipide) uit myeline à demyelinisatie
(oogproblemen)
o Ether ipv ester in plasmalogen
è Hartaandoeningen: antilichamen tegen fosfolipiden à AUTOIMMUUNZIEKTE
(= aandoening waarbij jouw antistoffen je lichaamseigen componenten aanvalt)
è Alzheimer: verhoogde afbraak van membraan fosfolipiden
4
