Menselijke biologie & ziekteleer
1
,2
,HS 1: THE CHEMISTRY OF LIVING THINGS
LIFE DEPENDS ON WATER
Water is meest essentiële molecule → 60% lichaamsgewicht bestaat uit water
Eigenschappen water
- Uitstekend solvent
- Vloeibaar bij lichaamstemperatuur
- Kan warmte-energie absorberen en vasthouden
- Verdamping verbruikt warmte-energie
- Participeert in essentiële chemische reacties
Fig: water is een polaire molecule
Elektrisch neutraal, maar gelijk verdeelde
tegengestelde geladen polen omwille van
ongelijke verdeling elektronen
Water is een uitstekend solvent
- Solvent = oplosmiddel: vloeistof waarin andere substanties oplossen
- Solute = opgeloste stof: elke opgeloste substantie
- Solution = oplossing
- …omdat het een polaire vloeistof is bij lichaamstemperatuur
Voorbeeld oplossingsreactie met NaCl (tafelzout)
o Negatieve uiteinde van de polaire watermolecule worden aangetrokken door de pos. ionen
o De positieve uiteinde van de polaire watermolecule worden aangetrokken door de neg. ionen
o Watermoleculen trekken de ionen weg van het kristal en voorkomen dat ze opnieuw met
elkaar binden (mantel rond Na+ en Cl--ionen vormen waardoor ze niet meer tot elkaar kunnen
worden aangetrokken)
Fig: hoe water ionen in oplossing houdt
- Hydrofobe moleculen: polaire moleculen die interageren met water, en oplossen
- Hydrofiele moleculen: apolaire (neutrale polen) moleculen die niet interageren met water en dus niet
oplossen (vb. olie)
3
,Water is vloeibaar bij lichaamstemperatuur
Tussen 0° en 100°C:
o Voortdurend vormen, breken en hervormen van H-bruggen tussen de moleculen
o Mogelijk gemaakt door de aanwezigheid van voldoende warmte-energie.
o Thermische beweging
o Diffusie: diffunderen van vloeistof van hoge concentratie naar lage concentratie
o Osmose: ook diffusieproces maar langs een selectief permeabel membraan
< 0°C:
o Onvoldoende warmte-energie om H-bruggen tussen de moleculen te verbreken.
o Watermoleculen oriënteren zich in een stabiele, onveranderlijke kristalroosterstructuur
> 100°C
o Alle H-bruggen worden verbroken
o Watermoleculen verdwijnen in de atmosfeer als gas.
Fig: H-bruggen bij water en ijs.
Kan warmte-energie absorberen en vasthouden + verdamping verbruikt warmte-energie
- Water helpt lichaamstemperatuur te reguleren
- Het vermogen om warmte te absorberen en vast te houden helpt snelle veranderingen in
lichaamstemperatuur te voorkomen: uitgelokt door metabolisme (intern) of omgevingstemp. (extern)
- Lichaam genereert warmte tijdens metabolisme
- Een manier om warmte te verliezen is door verdamping (zweet)
o We gebruiken de warmte-energie om de H-bruggen van water te breken
o Als zweet verdampt dan wordt bloed afgekoeld, hierdoor voelt huid koud aan ondanks je het
warmt hebt.
Participeert in essentiële chemische reacties
- biochemische reacties van lichaam gebeuren in waterig milieu
4
,HET BELANG VAN H-IONEN
Sterke covalent binding tussen waterstof en zuurstof → wordt zelden verbroken, maar kan gebeuren
o H2O → H+ en OH-
Elektron van waterstofatoom gaat naar zuurstofatoom
Molecule breekt in 2 ionen
Zuur:
- Elke molecule dat een H+-ion kan doneren
- Bevat meer H+-ionen dan neutraal water
- Acidic solution
- Azijnzuur, koolzuurhoudende dranken, koffie, sinaasappelsap
Base:
- Elke molecule dat een H+-ion kan accepteren
- Bevat minder H+-ionen dan neutraal water
- Basic or alkaline solution
- Baking soda, detergenten, afvoerreiniger
Zuren en basen neutraliseren elkaar (vb. baking soda voor een zure maag)
Recap
Zuur doneert H+-ionen aan een oplossing
Basen ontvangt H+-ionen van een oplossing
pH-schaal geeft de H+-ionenconcentratie van een oplossing aan = de zuurtegraad
pH-waarde van bloed is 7.4 (neutraal)
Buffers helpen een stabiele pH in lichaamsvloeistoffen de te handhaven (homeostase)
5
,PH-schaal
- Meting van de concentratie waterstofionen (H+) in een oplossing = zuurtegraad
- Om zuurtegraad of alkaliniteit van een oplossing aan te geven
- 0 – 14
7: neutraal water
< 7: zure oplossing
hoe lager de pH-waarde, hoe zuurder de oplossing, hoe groter de ctie van H+-ionen
> 7: base oplossing
Een zure oplossing met
pH = 5 heeft een H+
concentratie van 10-5
mol/liter
→ 100 keer groter dan
neutraal water
Een base met
pH = 9 heeft een H+
concentratie van 10-9
mol/liter
→ 100 keer kleiner dan
neutraal water
Buffers minimaliseren veranderingen in pH
Een buffer
o is elke substantie die veranderingen in pH minimaliseert.
o Zijn essentieel om homeostase van de pH in lichaamsvloeistoffen te handhaven
Blood & urine: aanwezigheid van bufferparen met tegengestelde effecten
o Zuur-paar: doneert H+-ionen
o Base-paar: ontvangt H+-ionen
o Wanneer een zuur wordt toegevoegd en dus de H+-ionen stijgt, zal het basenpaar van de
buffer de H+-ionen ontvangen en hierdoor verandering in pH minimaliseren
o Wanneer een basen wordt toegevoegd en dus de H+-ionen dalen, zal het zuur-paar van de
buffer H+-ionen doneren en hierdoor verandering in pH minimaliseren
Belangrijkste bufferpaar in lichaamsvloeistoffen (vb bloed) is bicarbonaat (basen) en carbonzuur
o Zuur-paar: H2CO3
o Base-paar: HCO3-
o Wanneer bloed te zuur wordt, zal bicarbonaat H+-ionen ontvangen
o Wanneer bloed te alkalisch wordt, zal carbonzuur H+-ionen doneren
Hoe meer buffers aanwezig in de lichaamsvloeistoffen, hoe stabieler de pH
6
,THE ORGANISCHE MOLECULEN VAN LEVE NDE ORGANISMEN
Organische moleculen zijn moleculen die koolstof (carbon – ruggengraat) en andere elementen
bevatten en die bij elkaar worden gehouden door covalente bindingen. Zijn typisch aan levende
organismen.
Koolstof is de gemeenschappelijke bouwsteen van organische moleculen
- Kan sterke covalente bindingen vormen met andere atomen → neiging om 4 cov bindingen te vormen
- Macromoleculen: organische moleculen met onbeperkte grootte, bestaan uit miljoenen kleinere
moleculen
Functie macromolecullen
- Aanmaak celmembranen, spiervezels en andere weefsels
- Opslag van energie in de cellen
- Dienen als structurele componenten van een cel of structurele componenten buiten een cel
(vb. beenderen)
- Activiteiten van cellen aansturen
- Signalisatie tussen cellen
4 klassen macromoleculen
o Koolhydraten (carbohydrates) – suikers
o Lipiden – vetten
o Proteïnen – eiwitten
o Nucleïnezuren
Macromoleculen worden gesynthetiseerd en afgebroken binnen de cel
Dehydratation synthesis: energie nodig, watermolecule komt vrij
o Bouwt macromoleculen vanuit kleinere subunits (kleinere moleculen)
o Iedere keer er een subunit w toegevoegd, w het equivalent van een watermolecule verwijdert
o Vereist energie
o De subunits die nodig zijn om macromoleculen te synthetiseren komen van
Voeding
En biochemische reacties waarbij grotere moleculen worden afgebroken in kleinere.
Hydrolysis energie komt vrij, toevoeging watermolecule
o Proces waarbij organische moleculen worden afgebroken
o Het equivalent van een watermolecule wordt toegevoegd telkens wanneer een covalente
binding tussen twee subunits uit de ketting wordt verbroken
o Energie komt vrij
7
,Recap
Carbon is het sleutelelement van organische moleculen vanwege de vele manieren waarop het sterke
covalente bindingen kan vormen met andere moleculen.
Het synthetiseren van organische moleculen vereist energie & door ze af te breken komt er energie vrij
De 4 klassen van organische moleculen zijn: koolhydraten, lipiden, proteïnen en nucleïnezuren.
8
,KOOLHYDRATEN: GEBRUIKT VOOR ENERGIE EN STRUCTURELE ONDERSTEUNING
Bouw koolhydraten: Ruggengraat van C-atomen waaraan waterstof en zuurstof zijn gebonden, Cn(H20)n
Functie: Energie voor levende organismen en planten gebruiken het ook als structurele ondersteuning
Monosacchariden zijn eenvoudige suikers
- De eenvoudigste vorm van de koolhydraten (mono – sacchariden = één – suiker)
- Ringvormige structuur die bestaat uit C, H, O in een 1-2-1 verhouding
- Soorten: glucose, fructose, galactose, ribose, deoxyribose
Oligosacchariden: 2 verbonden monosacchariden
- Monosacchariden kunnen aan elkaar worden verbonden via dehydratation synthese
- Soorten: sucrose (glucose + fructose), maltose (glucose + glucose), lactose (glucose + galactose)
Polysacchariden
- Complexe koolhydraten waarbij dmv dehydration synthesis duizenden monosacchariden
samengevoegd worden in rechte of vertakte ketens
- Energieopslag: lange ketens van glucose monosacchariden
o Bij dieren: glycogeen
Glucose dat niet meteen wordt verbruikt, wordt omgezet naar glycogeen en
opgeslagen in cellen voor later gebruik
Mensen breken zetmeel af tot glucose
o Bij planten: zetmeel (starch)
- Cellulose: onverteerbare polysaccharide gemaakt in planten voor structurele ondersteuning
o Mens kan cellulose niet afbreken; deels opname is nodig voor beweging van afvalstoffen in
spijsverteringsstelsel richting uitscheiding.
- Voorbeelden
o Starch (zetmeel): gemaakt in planten, energieopslag (vb aardappel)
o Glycogeen: gemaakt in dieren, energieopslag
o Cellulose: onverteerbare polysaccharide gemaakt in planten voor structurele ondersteuning
Recap
Eenvoudige suikers (zoals glucose) zorgen voor onmiddellijk energie voor de cellen
Polysacchariden worden gevorm door monosacchariden aan elkaar te koppelen dmv dehydratation synthesis.
Polysacchariden zijn vnl energieopslagmoleculen. Planten gebruiken ze ook voor structurele ondersteuning.
Bij mensen (dieren) is het opslagmolecule glycogeen, bij planten is het zetmeel.
9
, 10
1
,2
,HS 1: THE CHEMISTRY OF LIVING THINGS
LIFE DEPENDS ON WATER
Water is meest essentiële molecule → 60% lichaamsgewicht bestaat uit water
Eigenschappen water
- Uitstekend solvent
- Vloeibaar bij lichaamstemperatuur
- Kan warmte-energie absorberen en vasthouden
- Verdamping verbruikt warmte-energie
- Participeert in essentiële chemische reacties
Fig: water is een polaire molecule
Elektrisch neutraal, maar gelijk verdeelde
tegengestelde geladen polen omwille van
ongelijke verdeling elektronen
Water is een uitstekend solvent
- Solvent = oplosmiddel: vloeistof waarin andere substanties oplossen
- Solute = opgeloste stof: elke opgeloste substantie
- Solution = oplossing
- …omdat het een polaire vloeistof is bij lichaamstemperatuur
Voorbeeld oplossingsreactie met NaCl (tafelzout)
o Negatieve uiteinde van de polaire watermolecule worden aangetrokken door de pos. ionen
o De positieve uiteinde van de polaire watermolecule worden aangetrokken door de neg. ionen
o Watermoleculen trekken de ionen weg van het kristal en voorkomen dat ze opnieuw met
elkaar binden (mantel rond Na+ en Cl--ionen vormen waardoor ze niet meer tot elkaar kunnen
worden aangetrokken)
Fig: hoe water ionen in oplossing houdt
- Hydrofobe moleculen: polaire moleculen die interageren met water, en oplossen
- Hydrofiele moleculen: apolaire (neutrale polen) moleculen die niet interageren met water en dus niet
oplossen (vb. olie)
3
,Water is vloeibaar bij lichaamstemperatuur
Tussen 0° en 100°C:
o Voortdurend vormen, breken en hervormen van H-bruggen tussen de moleculen
o Mogelijk gemaakt door de aanwezigheid van voldoende warmte-energie.
o Thermische beweging
o Diffusie: diffunderen van vloeistof van hoge concentratie naar lage concentratie
o Osmose: ook diffusieproces maar langs een selectief permeabel membraan
< 0°C:
o Onvoldoende warmte-energie om H-bruggen tussen de moleculen te verbreken.
o Watermoleculen oriënteren zich in een stabiele, onveranderlijke kristalroosterstructuur
> 100°C
o Alle H-bruggen worden verbroken
o Watermoleculen verdwijnen in de atmosfeer als gas.
Fig: H-bruggen bij water en ijs.
Kan warmte-energie absorberen en vasthouden + verdamping verbruikt warmte-energie
- Water helpt lichaamstemperatuur te reguleren
- Het vermogen om warmte te absorberen en vast te houden helpt snelle veranderingen in
lichaamstemperatuur te voorkomen: uitgelokt door metabolisme (intern) of omgevingstemp. (extern)
- Lichaam genereert warmte tijdens metabolisme
- Een manier om warmte te verliezen is door verdamping (zweet)
o We gebruiken de warmte-energie om de H-bruggen van water te breken
o Als zweet verdampt dan wordt bloed afgekoeld, hierdoor voelt huid koud aan ondanks je het
warmt hebt.
Participeert in essentiële chemische reacties
- biochemische reacties van lichaam gebeuren in waterig milieu
4
,HET BELANG VAN H-IONEN
Sterke covalent binding tussen waterstof en zuurstof → wordt zelden verbroken, maar kan gebeuren
o H2O → H+ en OH-
Elektron van waterstofatoom gaat naar zuurstofatoom
Molecule breekt in 2 ionen
Zuur:
- Elke molecule dat een H+-ion kan doneren
- Bevat meer H+-ionen dan neutraal water
- Acidic solution
- Azijnzuur, koolzuurhoudende dranken, koffie, sinaasappelsap
Base:
- Elke molecule dat een H+-ion kan accepteren
- Bevat minder H+-ionen dan neutraal water
- Basic or alkaline solution
- Baking soda, detergenten, afvoerreiniger
Zuren en basen neutraliseren elkaar (vb. baking soda voor een zure maag)
Recap
Zuur doneert H+-ionen aan een oplossing
Basen ontvangt H+-ionen van een oplossing
pH-schaal geeft de H+-ionenconcentratie van een oplossing aan = de zuurtegraad
pH-waarde van bloed is 7.4 (neutraal)
Buffers helpen een stabiele pH in lichaamsvloeistoffen de te handhaven (homeostase)
5
,PH-schaal
- Meting van de concentratie waterstofionen (H+) in een oplossing = zuurtegraad
- Om zuurtegraad of alkaliniteit van een oplossing aan te geven
- 0 – 14
7: neutraal water
< 7: zure oplossing
hoe lager de pH-waarde, hoe zuurder de oplossing, hoe groter de ctie van H+-ionen
> 7: base oplossing
Een zure oplossing met
pH = 5 heeft een H+
concentratie van 10-5
mol/liter
→ 100 keer groter dan
neutraal water
Een base met
pH = 9 heeft een H+
concentratie van 10-9
mol/liter
→ 100 keer kleiner dan
neutraal water
Buffers minimaliseren veranderingen in pH
Een buffer
o is elke substantie die veranderingen in pH minimaliseert.
o Zijn essentieel om homeostase van de pH in lichaamsvloeistoffen te handhaven
Blood & urine: aanwezigheid van bufferparen met tegengestelde effecten
o Zuur-paar: doneert H+-ionen
o Base-paar: ontvangt H+-ionen
o Wanneer een zuur wordt toegevoegd en dus de H+-ionen stijgt, zal het basenpaar van de
buffer de H+-ionen ontvangen en hierdoor verandering in pH minimaliseren
o Wanneer een basen wordt toegevoegd en dus de H+-ionen dalen, zal het zuur-paar van de
buffer H+-ionen doneren en hierdoor verandering in pH minimaliseren
Belangrijkste bufferpaar in lichaamsvloeistoffen (vb bloed) is bicarbonaat (basen) en carbonzuur
o Zuur-paar: H2CO3
o Base-paar: HCO3-
o Wanneer bloed te zuur wordt, zal bicarbonaat H+-ionen ontvangen
o Wanneer bloed te alkalisch wordt, zal carbonzuur H+-ionen doneren
Hoe meer buffers aanwezig in de lichaamsvloeistoffen, hoe stabieler de pH
6
,THE ORGANISCHE MOLECULEN VAN LEVE NDE ORGANISMEN
Organische moleculen zijn moleculen die koolstof (carbon – ruggengraat) en andere elementen
bevatten en die bij elkaar worden gehouden door covalente bindingen. Zijn typisch aan levende
organismen.
Koolstof is de gemeenschappelijke bouwsteen van organische moleculen
- Kan sterke covalente bindingen vormen met andere atomen → neiging om 4 cov bindingen te vormen
- Macromoleculen: organische moleculen met onbeperkte grootte, bestaan uit miljoenen kleinere
moleculen
Functie macromolecullen
- Aanmaak celmembranen, spiervezels en andere weefsels
- Opslag van energie in de cellen
- Dienen als structurele componenten van een cel of structurele componenten buiten een cel
(vb. beenderen)
- Activiteiten van cellen aansturen
- Signalisatie tussen cellen
4 klassen macromoleculen
o Koolhydraten (carbohydrates) – suikers
o Lipiden – vetten
o Proteïnen – eiwitten
o Nucleïnezuren
Macromoleculen worden gesynthetiseerd en afgebroken binnen de cel
Dehydratation synthesis: energie nodig, watermolecule komt vrij
o Bouwt macromoleculen vanuit kleinere subunits (kleinere moleculen)
o Iedere keer er een subunit w toegevoegd, w het equivalent van een watermolecule verwijdert
o Vereist energie
o De subunits die nodig zijn om macromoleculen te synthetiseren komen van
Voeding
En biochemische reacties waarbij grotere moleculen worden afgebroken in kleinere.
Hydrolysis energie komt vrij, toevoeging watermolecule
o Proces waarbij organische moleculen worden afgebroken
o Het equivalent van een watermolecule wordt toegevoegd telkens wanneer een covalente
binding tussen twee subunits uit de ketting wordt verbroken
o Energie komt vrij
7
,Recap
Carbon is het sleutelelement van organische moleculen vanwege de vele manieren waarop het sterke
covalente bindingen kan vormen met andere moleculen.
Het synthetiseren van organische moleculen vereist energie & door ze af te breken komt er energie vrij
De 4 klassen van organische moleculen zijn: koolhydraten, lipiden, proteïnen en nucleïnezuren.
8
,KOOLHYDRATEN: GEBRUIKT VOOR ENERGIE EN STRUCTURELE ONDERSTEUNING
Bouw koolhydraten: Ruggengraat van C-atomen waaraan waterstof en zuurstof zijn gebonden, Cn(H20)n
Functie: Energie voor levende organismen en planten gebruiken het ook als structurele ondersteuning
Monosacchariden zijn eenvoudige suikers
- De eenvoudigste vorm van de koolhydraten (mono – sacchariden = één – suiker)
- Ringvormige structuur die bestaat uit C, H, O in een 1-2-1 verhouding
- Soorten: glucose, fructose, galactose, ribose, deoxyribose
Oligosacchariden: 2 verbonden monosacchariden
- Monosacchariden kunnen aan elkaar worden verbonden via dehydratation synthese
- Soorten: sucrose (glucose + fructose), maltose (glucose + glucose), lactose (glucose + galactose)
Polysacchariden
- Complexe koolhydraten waarbij dmv dehydration synthesis duizenden monosacchariden
samengevoegd worden in rechte of vertakte ketens
- Energieopslag: lange ketens van glucose monosacchariden
o Bij dieren: glycogeen
Glucose dat niet meteen wordt verbruikt, wordt omgezet naar glycogeen en
opgeslagen in cellen voor later gebruik
Mensen breken zetmeel af tot glucose
o Bij planten: zetmeel (starch)
- Cellulose: onverteerbare polysaccharide gemaakt in planten voor structurele ondersteuning
o Mens kan cellulose niet afbreken; deels opname is nodig voor beweging van afvalstoffen in
spijsverteringsstelsel richting uitscheiding.
- Voorbeelden
o Starch (zetmeel): gemaakt in planten, energieopslag (vb aardappel)
o Glycogeen: gemaakt in dieren, energieopslag
o Cellulose: onverteerbare polysaccharide gemaakt in planten voor structurele ondersteuning
Recap
Eenvoudige suikers (zoals glucose) zorgen voor onmiddellijk energie voor de cellen
Polysacchariden worden gevorm door monosacchariden aan elkaar te koppelen dmv dehydratation synthesis.
Polysacchariden zijn vnl energieopslagmoleculen. Planten gebruiken ze ook voor structurele ondersteuning.
Bij mensen (dieren) is het opslagmolecule glycogeen, bij planten is het zetmeel.
9
, 10
