Menselijke biologie en genetica
Hoofdstuk 16 wordt niet in de les gedoceerd, dit is zelfstudie a.d.h.v. het boek ‘Human Biology’. Deze
cursus is belangrijk om te kunnen begrijpen dat ons lichaam een functionerend geheel is: de
hersenen hangen af van andere orgaansystemen. Als de hersenen geen voedsel of zuurstof via de
bloedsomloop/het ademhalingsstelsel krijgen, functioneren ze niet goed.
Hoofdstuk 1: De chemie van levende dingen
1.1. /
1.2. /
1.3. Het leven is afhankelijk van water
Dit hoofdstuk is vooral gerelateerd aan de chemie. Ons lichaam is een chemische fabriek. Onze
levensprocessen en de zaken die afspelen in onze hersenen zijn biochemische processen. Als je bv.
denkt ‘ga ik dit vak wel aankunnen?’ ‘Dit is heel interessant’, is er sprake van elektrische processen,
die gebaseerd zijn op chemie. Zo gaan de hersencellen met elkaar communiceren door stoffen vrij te
geven en binden aan eiwitten van de volgende cellen in de hersenen = een chemisch proces!
Het leven op aarde is gestart in de zee, in het water. Dit begon waarschijnlijk als moleculen, waaruit
op een gegeven moment cellen ontstonden. Voor het grootste deel van de periode dat er leven is op
de planeet, was het ééncellig leven, dat in dat zeewater leefde. Na verloop van tijd ontstonden
meercellige organismen, die nog àltijd in dat zeewater leefden. Meercellige organismen worden
complexer: er gebeurt een taakverdeling tussen die cellen, organen ontstaan, maar leven nog altijd in
dat zeewater. De cellen van ons lichaam denken dus nog steeds dat ze in de zee zijn. Onze cellen
zitten nog altijd in een waterachtig milieu, nl. water waarin allerlei stoffen zijn opgelost, voornamelijk
elektrolyten (ionen/mineralen/zouten). Ze worden bevloeid door bloed dat ook een waterachtige
basis heeft en dezelfde zouten bevat. Als er zelf al een kleine afwijking is in de chemische
samenstelling van ons bloed en de vochten rond de cellen, kan het leiden tot de dood. Het zijn vooral
onze hersenen die het daar moeilijk mee hebben: als de zuurtegraad/zuurstof/zoutgehalte (te veel of
te weinig) van het waterig milieu rond de cellen een beetje veranderd, stoppen de hersenen met hun
‘normale’ functie en komen we terecht in een coma. Het bewaren van de correcte samenstelling van
het waterachtig milieu is essentieel!! Ons lichaam is een bijzondere soort van chemie: het is
gebaseerd op een chemie van het aantal elementen: gebaseerd op koolstof C, waterstof H en
zuurstof O (= de belangrijkste elementen/atomen die deel uitmaken van de moleculen van ons
lichaam!)Atomen zijn bouwstenen en moleculen zijn samenstellingen van meerdere atomen. De
belangrijkste molecule op de planeet en in het lichaam is water. Het leven op aarde is gebonden aan
water. Water is een vloeistof bij temperaturen tussen 0 en 100°.
Deze molecule is water. Het is een eenvoudige molecule, die bestaat uit een zuurstofatoom met 2
waterstofatomen. Het zuurstofatoom is aanzienlijk groter dan de waterstofatomen. De wolken van
elektronen, die zich rond elke kern van een atoom bevinden, worden meer aangetrokken door het zwaar
zuurstofatoom dan door de kleine waterstofatomen.
Indien elektronen negatief geladen zijn, worden de positief geladen waterstofatomen meer aangetrokken
door de zuurstof, waardoor er polariteit ontstaat in de molecule. DUS: water is een polaire molecule! = er is
een elektrische pool (elektrische lading: zuurstofgedeelte neg. pool <-> waterstofgedeelten pos. pool)
aanwezig in water. Een positieve pool trekt een negatieve pool aan (principe: tegengestelde ladingen
trekken elkaar aan). Zo worden watermoleculen in een beker op een specifieke manier georganiseerd en
aangetrokken tot elkaar. Men spreekt van waterstofbruggen of waterstofverbindingen = een heel zwakke,
op elektriciteit gebaseerde verbinding, die water op een specifieke manier organiseert. (dus verbinding
tussen de moleculen van water) Dit zorgt er ook voor dat water rond andere geladen deeltjes kan gaan
zitten en dat het een goed oplosmiddel is voor zouten.
Ook is het gekend dat water kan bevriezen als de temperatuur daalt: de watermoleculen blijven op een
specifieke manier georganiseerd, ze vormen ijskristallen. LET OP: ijs neemt een groter volume in dan
vloeibaar water! Héél gevaarlijk voor de mens: als cellen in tenen bevriezen, gaan ze uitzetten en kunnen ze 1
schade aanrichten aan de weefsels. Water kan natuurlijk ook verdampen. Wanneer water in damp opgaat,
heeft het extra energie nodig. (d.w.z.: wanneer je water verdampt op je huid, kan je energie verliezen.)
,Indien de temperatuur hoger is of gelijk is aan 100°, worden alle waterstofbruggen tussen de aangrenzende
watermoleculen verbroken en ontsnappen deze watermoleculen in de atmosfeer als gas.
Op die manier kunnen we aan thermoregulatie doen = het proces waarbij levende organismen een correcte
lichaamstemperatuur kunnen bewaren. Het is van belang voor het handhaven van een stabiele interne omgeving
(homeostase). Een temperatuur hebben veel hoger dan 40° en veel lager dan 35° is levensbedreigend. Dus ook de
temperatuur van ons lichaam moet goed geregeld blijven en kunnen we doen met water! (Dus als het warm wordt,
verdampen we water op ons lichaam en zetten we onze bloedvaten open, om temperatuur kwijt te geraken.)
Naast waterstofbruggen (of waterstofverbindingen, bv. verbinding van verschillinde waterstofmoleculen), bestaan er
nog andere verbindingen:
- covalente verbindingen: chemische verbindingen die worden gevormd door het delen van elektronen tussen
atomen. (bv. verbinding tussen atomen van water: dus verbinding tussen 2 waterstofatomen en 1 zuurstofatoom ->
H2O)
- ionaire verbindingen: een chemische verbinding die wordt gevormd door elektrostatische aantrekking tussen
positief geladen ionen (kationen) en negatief geladen ionen (anionen). Deze verbindingen ontstaan wanneer atomen
elektronen verliezen (positieve ionen) of winnen (negatieve ionen) om stabiele elektronenconfiguraties te bereiken.
(bv. verbinding tussen NA+ en Cl- in zout)
Geen enkele molecule is zo essentieel voor het leven als water. 60% van het lichaamsgewicht bestaat
uit water. De volgende eigenschappen van water zijn bijzonder belangrijk voor levende organismen:
- water is een biologisch oplosmiddel (= een vloeistof waarin andere stoffen oplossen): het is in staat
om, omwille van de polariteit (water = polaire vloeistof), bepaalde moleculen te doen oplossen.
Apolaire moleculen lossen er echter NIET goed in op, bv. een vet – denk maar aan olie en water. Als
je ze mengt, hebben de watermoleculen de neiging waterstofbruggen met elkaar te vormen,
waardoor de olie uitgesloten wordt van gebieden die door water bezet worden. Na verloop van tijd
wordt de olie in steeds grotere druppels samengedrukt, totdat hij volledig van het water is
gescheiden. Je kan er een emulsie van maken = een waterige oplossing waarin vet is opgelost. De
vetten worden herleid tot heel kleine druppeltjes. Bv. mayonaise of melk.
* hydrofiele moleculen = polaire moleculen die door water worden aangetrokken en er
gemakkelijk mee interageren.
* hydrofobe moleculen = niet-polaire/apolaire, neutrale moleculen die niet gemakkelijk met
water interageren en er meestal niet in oplossen.
* emulgator = een natuurlijke of chemisch bereide stof die het mogelijk maakt om vet en
water te vermengen tot één geheel.
- water is een vloeistof op lichaamstemperatuur, m.a.w. moleculen kunnen bewegen en er is sprake
van diffusieprocessen (= de beweging van opgeloste stoffen in een waterig milieu zodat een stof zich
gelijkmatig verdeeld over het milieu, bv. kleurstof in een zwembad zal zich na verloop van tijd
verspreiden over het zwembad door die continue beweging van het water). Bij het vriespunt, stopt
alle beweging van water en is er geen diffusie meer mogelijk.
* water transporteert opgeloste stoffen van de ene naar de andere plaats in ons lichaam. Zo
is transport ook de primaire functie van het bloed (dat voor 90% uit water bestaat). Bloed
transporteert zuurstof en voedingstoffen naar alle levende cellen en vervoert cellulair afval
weg van de cellen.
* Water is het hoofdbestanddeel van alle met vloeistof gevulde ruimtes in ons lichaam.
Intracellulaire ruimten (ruimten binnen cellen): vindt plaats door fusie van geïnfecteerde
cellen met aangrenzende, niet-geïnfecteerde cellen of d.m.v. bruggetjes tussen cellen.
Extracellulaire ruimten (ruimten buiten cellen): vindt plaats door afgifte van virus in de
extracellulaire vloeistoffen en daaropvolgende infectie van de aangrenzende cel.
- water kan warmte-energie absorberen en vasthouden. Water helpt dus bij het reguleren van onze
lichaamstemperatuur. Wanneer we te veel warmte hebben, kunnen we het verdampen (zie volgende
puntje), maar in koude omgeving kan het goed de warmte bijhouden (dus als er gevaar bestaat voor
te veel warmteverlies, bv. als je op een koele dag in een korte broek naar buiten gaat).
2
, - verdamping van water verbruikt warmte-energie (dit is nodig voor als we te warm hebben)(als
zweet verdampt, koelt het het bloed in de bloedvaten nabij het huidoppervlak af).
- water neemt deel aan essentiële chemische reacties: er zijn veel reacties in het waterig milieu.
Een eenvoudig voorbeeld van een opgeloste stof in water (hier: keukenzout/NaCl) om beter
te begrijpen hoe de polaire aard van water de reactie vergemakkelijkt: De natrium- en
chloride-ionen worden door ionische bindingen bij elkaar gehouden en vormen keukenzout.
Als je keukenzout in water laat vallen, lost het op. Dit gebeurt doordat de afzonderlijke
atomen uit het keukenzout, natrium Na+ of chloor Cl-, loskomen. Ze kunnen niet terug tot
zout gevormd worden, omdat er watermanteltjes ontstaan. Ze worden dus weliswaar uit het
kristal getrokken en omringd met polaire watermoleculen. De negatieve kant van die
watermanteltjes gaan rond de positieve kant van de natriumionen zitten, om ervoor te
zorgen dat die natriumionen in oplossing blijven. Wanneer de chlooratomen loskomen uit
het zout, zijn ze negatief geladen en worden ze ingesloten door de positieve kant van het
water. Zo houdt het water die chloorionen in oplossing.
Natriumchloride is het meest verspreide zout op deze wereld. De correcte concentratie
natrium en chloor in het lichaam is essentieel, omdat dit anders tot epileptische aanvallen
etc. kan leiden.
1.4. Het belang van waterstofionen
Een heel bijzonder ion, dat in water voorkomt, is het waterstofion (positief geladen: H+). Hoewel de
covalente bindingen tussen waterstof en zuurstof in water sterk zijn en dus zelden worden
verbroken, kan het toch gebeuren. Wanneer dat het geval is, wordt het elektron van het ene
waterstofatoom volledig overgebracht naar het zuurstofatoom en breekt het watermolecuul in twee
ionen: een waterstofion (H+) en een hydroxide-ion (OH-).
Waterstofionen zijn in een bepaalde concentratie aanwezig in de waterige milieus in ons lichaam. Die
concentratie van waterstofionen is bepalend voor bepaalde reacties in ons lichaam. We drukken dit
uit als zuurtegraad (maat: pH). De pH waarde is het negatief logaritme van de concentratie van
waterstofionen in mol/liter. Een mol is een term, die door chemici gebruikt wordt om een bepaald
aantal atomen, ionen of moleculen aan te duiden. De pH-schaal drukt dus de
waterstofionenconcentratie in een oplossing uit. Elke pH-verandering in hele getallen
vertegenwoordigt een 10-voudige verandering in de waterstofionenconcentratie in de tegengestelde
richting. (bv. een zure oplossing met een pH van 5 heeft een H+ concentratie van 10 tot de -5
mol/liter). 10 tot de -1 (pH = 1) is meer dan 10 tot de -13 (pH = 13), dus hoe hoger de pH, hoe lager
de concentratie aan waterstofionen. Hoe lager de pH, hoe meer waterstofionen aanwezig.
(aangezien het een negatief logaritme is).
Deze schaal varieert van 0 tot 14:
-> zuren: pH < 7 (= een oplossing met een hogere
waterstofionenconcentratie dan zuiver water) (bv. urine, speeksel,
koffie, tomaten, azijn, cola)
-> neutraal: pH =7
-> bases: pH > 7 (= basische/alkalische oplossing met een lagere
waterstofionenconcentratie dan zuiver water) (bv. javel/bleach
om de afloop die verstopt is, vrij te kunnen maken)
Ons lichaam heeft een fysiologische pH, die iets boven de 7 zit en
vind je terug in het bloed of in tranen. Een verandering in de
concentratie waterstofionen (bv. hyperventileren), kan gevaarlijk
zijn omdat het de homeostase bedreigt.
3
, Eiwitten zijn gebonden aan een heel specifieke pH en die moet gebufferd worden, dus m.a.w. we
willen plotselinge veranderingen opvangen en afvlakken. We willen fluctuaties zo veel mogelijk
vermijden! Buffers minimaliseren veranderingen in pH en zijn essentieel om een stabiele pH in de
lichaamsvochten te behouden. In biologische oplossingen zoals bloed of urine zijn buffers aanwezig
als paren verwante moleculen die tegengestelde effecten hebben.
-> De zure vorm van het molecuul (acid): H+ ion afstaan
-> De basevorm van het molecuul (alkaline): H+ ion accepteren
Wanneer een zuur wordt toegevoegd en het aantal H+ ionen toeneemt, accepteert de basevorm van
het bufferpaar een deel van de H+ ionen, waardoor de pH-daling die anders zou kunnen optreden,
wordt geminimaliseerd. Omgekeerd, wanneer een base wordt toegevoegd, die mogelijk te veel H+
ionen opneemt, geeft de zure vorm van het bufferpaar extra H+ ionen af en minimaliseert zo de
stijging van de pH.
Het belangrijkste bufferpaar van het lichaam is koolzuur (H2CO3) en bicarbonaat (HCO3-) (carbonic
acid and bicarbonate). Bicarbonaat ontstaat door CO2 op te lossen in water.
CO2 + H2O <-> H2CO3 (koolzuur) <-> H+ + HCO3-
-> als het bloed té zuur is, dus er is een té lage pH-waarde (te dicht naar de 0): het (kool)zuur zal H+
ionen afstaan, die geaccepteerd/opgenomen worden door de basevorm, nl. door bicarbonaat: HCO3-
+ H+ -> H2CO3
(bv. bij hyperventilatie wordt ons bloed te zuur en is het mogelijk om het bewustzijn te verliezen)
-> als het bloed té basisch is, dus als er een té hoge pH-waarde is (te dicht bij 14): de basevorm, het
bicarbonaat, zal té veel H+ ionen opnemen, waardoor het (kool)zuur H+ ionen zal afgeven/doneren
(door de omgekeerde reactie). Bicarbonaat kan dus terug omgezet worden, zodat de waterstofionen
terug vrijkomen: H2CO3 -> HCO3- + H+
Op deze manier kan de concentratie van waterstofionen bewaakt worden.
1.5. De organische moleculen van levende organismen
Organische moleculen = moleculen die koolstof en andere elementen
bevatten die bij elkaar worden gehouden door covalente bindingen.
Koolstof is dus dé gemeenschappelijke bouwsteen van organische
moleculen vanwege de vele manieren waarop het sterke covalente
bindingen met andere atomen kan vormen. Ons lichaamsgewicht
bestaat maar liefst uit 18% koolstof.
Koolstof heeft 6 elektronen: twee in de eerste schil en vier in de
tweede. Omdat koolstof het meeste stabiel is wanneer de tweede
schil gevuld is met acht elektronen, is de natuurlijke neiging ervan om
vier covalente bindingen met andere moleculen te vormen. Dit
kunnen enkele of dubbele bindingen zijn. Vaak gaat het binden met
waterstof, stikstof, zuurstof of een andere koolstof. Een dubbele binding kan gemaakt worden met
zuurstof of een andere koolstof. Naast hun complexiteit is er vrijwel geen limiet aan de grootte van
organische moleculen afgeleid van koolstof. Zo kan het micro- of macromoleculen bouwen.
Heel veel reacties in ons lichaam bestaan uit het opbouwen van grotere moleculen door stukjes van
moleculen aan elkaar te hechten. Macromoleculen worden in de cel zelf opgebouwd
(gesynthetiseerd) en afgebroken. Dehydratiesynthese (of de condensatiereactie): we voegen 2
moleculen bij elkaar. Door ze aan elkaar te binden, komt er een watermolecule vrij. M.a.w. kleinere
moleculen worden aan elkaar verbonden door covalente bindingen, waardoor macromoleculen
ontstaan. Dit vereist energie.
4
Hoofdstuk 16 wordt niet in de les gedoceerd, dit is zelfstudie a.d.h.v. het boek ‘Human Biology’. Deze
cursus is belangrijk om te kunnen begrijpen dat ons lichaam een functionerend geheel is: de
hersenen hangen af van andere orgaansystemen. Als de hersenen geen voedsel of zuurstof via de
bloedsomloop/het ademhalingsstelsel krijgen, functioneren ze niet goed.
Hoofdstuk 1: De chemie van levende dingen
1.1. /
1.2. /
1.3. Het leven is afhankelijk van water
Dit hoofdstuk is vooral gerelateerd aan de chemie. Ons lichaam is een chemische fabriek. Onze
levensprocessen en de zaken die afspelen in onze hersenen zijn biochemische processen. Als je bv.
denkt ‘ga ik dit vak wel aankunnen?’ ‘Dit is heel interessant’, is er sprake van elektrische processen,
die gebaseerd zijn op chemie. Zo gaan de hersencellen met elkaar communiceren door stoffen vrij te
geven en binden aan eiwitten van de volgende cellen in de hersenen = een chemisch proces!
Het leven op aarde is gestart in de zee, in het water. Dit begon waarschijnlijk als moleculen, waaruit
op een gegeven moment cellen ontstonden. Voor het grootste deel van de periode dat er leven is op
de planeet, was het ééncellig leven, dat in dat zeewater leefde. Na verloop van tijd ontstonden
meercellige organismen, die nog àltijd in dat zeewater leefden. Meercellige organismen worden
complexer: er gebeurt een taakverdeling tussen die cellen, organen ontstaan, maar leven nog altijd in
dat zeewater. De cellen van ons lichaam denken dus nog steeds dat ze in de zee zijn. Onze cellen
zitten nog altijd in een waterachtig milieu, nl. water waarin allerlei stoffen zijn opgelost, voornamelijk
elektrolyten (ionen/mineralen/zouten). Ze worden bevloeid door bloed dat ook een waterachtige
basis heeft en dezelfde zouten bevat. Als er zelf al een kleine afwijking is in de chemische
samenstelling van ons bloed en de vochten rond de cellen, kan het leiden tot de dood. Het zijn vooral
onze hersenen die het daar moeilijk mee hebben: als de zuurtegraad/zuurstof/zoutgehalte (te veel of
te weinig) van het waterig milieu rond de cellen een beetje veranderd, stoppen de hersenen met hun
‘normale’ functie en komen we terecht in een coma. Het bewaren van de correcte samenstelling van
het waterachtig milieu is essentieel!! Ons lichaam is een bijzondere soort van chemie: het is
gebaseerd op een chemie van het aantal elementen: gebaseerd op koolstof C, waterstof H en
zuurstof O (= de belangrijkste elementen/atomen die deel uitmaken van de moleculen van ons
lichaam!)Atomen zijn bouwstenen en moleculen zijn samenstellingen van meerdere atomen. De
belangrijkste molecule op de planeet en in het lichaam is water. Het leven op aarde is gebonden aan
water. Water is een vloeistof bij temperaturen tussen 0 en 100°.
Deze molecule is water. Het is een eenvoudige molecule, die bestaat uit een zuurstofatoom met 2
waterstofatomen. Het zuurstofatoom is aanzienlijk groter dan de waterstofatomen. De wolken van
elektronen, die zich rond elke kern van een atoom bevinden, worden meer aangetrokken door het zwaar
zuurstofatoom dan door de kleine waterstofatomen.
Indien elektronen negatief geladen zijn, worden de positief geladen waterstofatomen meer aangetrokken
door de zuurstof, waardoor er polariteit ontstaat in de molecule. DUS: water is een polaire molecule! = er is
een elektrische pool (elektrische lading: zuurstofgedeelte neg. pool <-> waterstofgedeelten pos. pool)
aanwezig in water. Een positieve pool trekt een negatieve pool aan (principe: tegengestelde ladingen
trekken elkaar aan). Zo worden watermoleculen in een beker op een specifieke manier georganiseerd en
aangetrokken tot elkaar. Men spreekt van waterstofbruggen of waterstofverbindingen = een heel zwakke,
op elektriciteit gebaseerde verbinding, die water op een specifieke manier organiseert. (dus verbinding
tussen de moleculen van water) Dit zorgt er ook voor dat water rond andere geladen deeltjes kan gaan
zitten en dat het een goed oplosmiddel is voor zouten.
Ook is het gekend dat water kan bevriezen als de temperatuur daalt: de watermoleculen blijven op een
specifieke manier georganiseerd, ze vormen ijskristallen. LET OP: ijs neemt een groter volume in dan
vloeibaar water! Héél gevaarlijk voor de mens: als cellen in tenen bevriezen, gaan ze uitzetten en kunnen ze 1
schade aanrichten aan de weefsels. Water kan natuurlijk ook verdampen. Wanneer water in damp opgaat,
heeft het extra energie nodig. (d.w.z.: wanneer je water verdampt op je huid, kan je energie verliezen.)
,Indien de temperatuur hoger is of gelijk is aan 100°, worden alle waterstofbruggen tussen de aangrenzende
watermoleculen verbroken en ontsnappen deze watermoleculen in de atmosfeer als gas.
Op die manier kunnen we aan thermoregulatie doen = het proces waarbij levende organismen een correcte
lichaamstemperatuur kunnen bewaren. Het is van belang voor het handhaven van een stabiele interne omgeving
(homeostase). Een temperatuur hebben veel hoger dan 40° en veel lager dan 35° is levensbedreigend. Dus ook de
temperatuur van ons lichaam moet goed geregeld blijven en kunnen we doen met water! (Dus als het warm wordt,
verdampen we water op ons lichaam en zetten we onze bloedvaten open, om temperatuur kwijt te geraken.)
Naast waterstofbruggen (of waterstofverbindingen, bv. verbinding van verschillinde waterstofmoleculen), bestaan er
nog andere verbindingen:
- covalente verbindingen: chemische verbindingen die worden gevormd door het delen van elektronen tussen
atomen. (bv. verbinding tussen atomen van water: dus verbinding tussen 2 waterstofatomen en 1 zuurstofatoom ->
H2O)
- ionaire verbindingen: een chemische verbinding die wordt gevormd door elektrostatische aantrekking tussen
positief geladen ionen (kationen) en negatief geladen ionen (anionen). Deze verbindingen ontstaan wanneer atomen
elektronen verliezen (positieve ionen) of winnen (negatieve ionen) om stabiele elektronenconfiguraties te bereiken.
(bv. verbinding tussen NA+ en Cl- in zout)
Geen enkele molecule is zo essentieel voor het leven als water. 60% van het lichaamsgewicht bestaat
uit water. De volgende eigenschappen van water zijn bijzonder belangrijk voor levende organismen:
- water is een biologisch oplosmiddel (= een vloeistof waarin andere stoffen oplossen): het is in staat
om, omwille van de polariteit (water = polaire vloeistof), bepaalde moleculen te doen oplossen.
Apolaire moleculen lossen er echter NIET goed in op, bv. een vet – denk maar aan olie en water. Als
je ze mengt, hebben de watermoleculen de neiging waterstofbruggen met elkaar te vormen,
waardoor de olie uitgesloten wordt van gebieden die door water bezet worden. Na verloop van tijd
wordt de olie in steeds grotere druppels samengedrukt, totdat hij volledig van het water is
gescheiden. Je kan er een emulsie van maken = een waterige oplossing waarin vet is opgelost. De
vetten worden herleid tot heel kleine druppeltjes. Bv. mayonaise of melk.
* hydrofiele moleculen = polaire moleculen die door water worden aangetrokken en er
gemakkelijk mee interageren.
* hydrofobe moleculen = niet-polaire/apolaire, neutrale moleculen die niet gemakkelijk met
water interageren en er meestal niet in oplossen.
* emulgator = een natuurlijke of chemisch bereide stof die het mogelijk maakt om vet en
water te vermengen tot één geheel.
- water is een vloeistof op lichaamstemperatuur, m.a.w. moleculen kunnen bewegen en er is sprake
van diffusieprocessen (= de beweging van opgeloste stoffen in een waterig milieu zodat een stof zich
gelijkmatig verdeeld over het milieu, bv. kleurstof in een zwembad zal zich na verloop van tijd
verspreiden over het zwembad door die continue beweging van het water). Bij het vriespunt, stopt
alle beweging van water en is er geen diffusie meer mogelijk.
* water transporteert opgeloste stoffen van de ene naar de andere plaats in ons lichaam. Zo
is transport ook de primaire functie van het bloed (dat voor 90% uit water bestaat). Bloed
transporteert zuurstof en voedingstoffen naar alle levende cellen en vervoert cellulair afval
weg van de cellen.
* Water is het hoofdbestanddeel van alle met vloeistof gevulde ruimtes in ons lichaam.
Intracellulaire ruimten (ruimten binnen cellen): vindt plaats door fusie van geïnfecteerde
cellen met aangrenzende, niet-geïnfecteerde cellen of d.m.v. bruggetjes tussen cellen.
Extracellulaire ruimten (ruimten buiten cellen): vindt plaats door afgifte van virus in de
extracellulaire vloeistoffen en daaropvolgende infectie van de aangrenzende cel.
- water kan warmte-energie absorberen en vasthouden. Water helpt dus bij het reguleren van onze
lichaamstemperatuur. Wanneer we te veel warmte hebben, kunnen we het verdampen (zie volgende
puntje), maar in koude omgeving kan het goed de warmte bijhouden (dus als er gevaar bestaat voor
te veel warmteverlies, bv. als je op een koele dag in een korte broek naar buiten gaat).
2
, - verdamping van water verbruikt warmte-energie (dit is nodig voor als we te warm hebben)(als
zweet verdampt, koelt het het bloed in de bloedvaten nabij het huidoppervlak af).
- water neemt deel aan essentiële chemische reacties: er zijn veel reacties in het waterig milieu.
Een eenvoudig voorbeeld van een opgeloste stof in water (hier: keukenzout/NaCl) om beter
te begrijpen hoe de polaire aard van water de reactie vergemakkelijkt: De natrium- en
chloride-ionen worden door ionische bindingen bij elkaar gehouden en vormen keukenzout.
Als je keukenzout in water laat vallen, lost het op. Dit gebeurt doordat de afzonderlijke
atomen uit het keukenzout, natrium Na+ of chloor Cl-, loskomen. Ze kunnen niet terug tot
zout gevormd worden, omdat er watermanteltjes ontstaan. Ze worden dus weliswaar uit het
kristal getrokken en omringd met polaire watermoleculen. De negatieve kant van die
watermanteltjes gaan rond de positieve kant van de natriumionen zitten, om ervoor te
zorgen dat die natriumionen in oplossing blijven. Wanneer de chlooratomen loskomen uit
het zout, zijn ze negatief geladen en worden ze ingesloten door de positieve kant van het
water. Zo houdt het water die chloorionen in oplossing.
Natriumchloride is het meest verspreide zout op deze wereld. De correcte concentratie
natrium en chloor in het lichaam is essentieel, omdat dit anders tot epileptische aanvallen
etc. kan leiden.
1.4. Het belang van waterstofionen
Een heel bijzonder ion, dat in water voorkomt, is het waterstofion (positief geladen: H+). Hoewel de
covalente bindingen tussen waterstof en zuurstof in water sterk zijn en dus zelden worden
verbroken, kan het toch gebeuren. Wanneer dat het geval is, wordt het elektron van het ene
waterstofatoom volledig overgebracht naar het zuurstofatoom en breekt het watermolecuul in twee
ionen: een waterstofion (H+) en een hydroxide-ion (OH-).
Waterstofionen zijn in een bepaalde concentratie aanwezig in de waterige milieus in ons lichaam. Die
concentratie van waterstofionen is bepalend voor bepaalde reacties in ons lichaam. We drukken dit
uit als zuurtegraad (maat: pH). De pH waarde is het negatief logaritme van de concentratie van
waterstofionen in mol/liter. Een mol is een term, die door chemici gebruikt wordt om een bepaald
aantal atomen, ionen of moleculen aan te duiden. De pH-schaal drukt dus de
waterstofionenconcentratie in een oplossing uit. Elke pH-verandering in hele getallen
vertegenwoordigt een 10-voudige verandering in de waterstofionenconcentratie in de tegengestelde
richting. (bv. een zure oplossing met een pH van 5 heeft een H+ concentratie van 10 tot de -5
mol/liter). 10 tot de -1 (pH = 1) is meer dan 10 tot de -13 (pH = 13), dus hoe hoger de pH, hoe lager
de concentratie aan waterstofionen. Hoe lager de pH, hoe meer waterstofionen aanwezig.
(aangezien het een negatief logaritme is).
Deze schaal varieert van 0 tot 14:
-> zuren: pH < 7 (= een oplossing met een hogere
waterstofionenconcentratie dan zuiver water) (bv. urine, speeksel,
koffie, tomaten, azijn, cola)
-> neutraal: pH =7
-> bases: pH > 7 (= basische/alkalische oplossing met een lagere
waterstofionenconcentratie dan zuiver water) (bv. javel/bleach
om de afloop die verstopt is, vrij te kunnen maken)
Ons lichaam heeft een fysiologische pH, die iets boven de 7 zit en
vind je terug in het bloed of in tranen. Een verandering in de
concentratie waterstofionen (bv. hyperventileren), kan gevaarlijk
zijn omdat het de homeostase bedreigt.
3
, Eiwitten zijn gebonden aan een heel specifieke pH en die moet gebufferd worden, dus m.a.w. we
willen plotselinge veranderingen opvangen en afvlakken. We willen fluctuaties zo veel mogelijk
vermijden! Buffers minimaliseren veranderingen in pH en zijn essentieel om een stabiele pH in de
lichaamsvochten te behouden. In biologische oplossingen zoals bloed of urine zijn buffers aanwezig
als paren verwante moleculen die tegengestelde effecten hebben.
-> De zure vorm van het molecuul (acid): H+ ion afstaan
-> De basevorm van het molecuul (alkaline): H+ ion accepteren
Wanneer een zuur wordt toegevoegd en het aantal H+ ionen toeneemt, accepteert de basevorm van
het bufferpaar een deel van de H+ ionen, waardoor de pH-daling die anders zou kunnen optreden,
wordt geminimaliseerd. Omgekeerd, wanneer een base wordt toegevoegd, die mogelijk te veel H+
ionen opneemt, geeft de zure vorm van het bufferpaar extra H+ ionen af en minimaliseert zo de
stijging van de pH.
Het belangrijkste bufferpaar van het lichaam is koolzuur (H2CO3) en bicarbonaat (HCO3-) (carbonic
acid and bicarbonate). Bicarbonaat ontstaat door CO2 op te lossen in water.
CO2 + H2O <-> H2CO3 (koolzuur) <-> H+ + HCO3-
-> als het bloed té zuur is, dus er is een té lage pH-waarde (te dicht naar de 0): het (kool)zuur zal H+
ionen afstaan, die geaccepteerd/opgenomen worden door de basevorm, nl. door bicarbonaat: HCO3-
+ H+ -> H2CO3
(bv. bij hyperventilatie wordt ons bloed te zuur en is het mogelijk om het bewustzijn te verliezen)
-> als het bloed té basisch is, dus als er een té hoge pH-waarde is (te dicht bij 14): de basevorm, het
bicarbonaat, zal té veel H+ ionen opnemen, waardoor het (kool)zuur H+ ionen zal afgeven/doneren
(door de omgekeerde reactie). Bicarbonaat kan dus terug omgezet worden, zodat de waterstofionen
terug vrijkomen: H2CO3 -> HCO3- + H+
Op deze manier kan de concentratie van waterstofionen bewaakt worden.
1.5. De organische moleculen van levende organismen
Organische moleculen = moleculen die koolstof en andere elementen
bevatten die bij elkaar worden gehouden door covalente bindingen.
Koolstof is dus dé gemeenschappelijke bouwsteen van organische
moleculen vanwege de vele manieren waarop het sterke covalente
bindingen met andere atomen kan vormen. Ons lichaamsgewicht
bestaat maar liefst uit 18% koolstof.
Koolstof heeft 6 elektronen: twee in de eerste schil en vier in de
tweede. Omdat koolstof het meeste stabiel is wanneer de tweede
schil gevuld is met acht elektronen, is de natuurlijke neiging ervan om
vier covalente bindingen met andere moleculen te vormen. Dit
kunnen enkele of dubbele bindingen zijn. Vaak gaat het binden met
waterstof, stikstof, zuurstof of een andere koolstof. Een dubbele binding kan gemaakt worden met
zuurstof of een andere koolstof. Naast hun complexiteit is er vrijwel geen limiet aan de grootte van
organische moleculen afgeleid van koolstof. Zo kan het micro- of macromoleculen bouwen.
Heel veel reacties in ons lichaam bestaan uit het opbouwen van grotere moleculen door stukjes van
moleculen aan elkaar te hechten. Macromoleculen worden in de cel zelf opgebouwd
(gesynthetiseerd) en afgebroken. Dehydratiesynthese (of de condensatiereactie): we voegen 2
moleculen bij elkaar. Door ze aan elkaar te binden, komt er een watermolecule vrij. M.a.w. kleinere
moleculen worden aan elkaar verbonden door covalente bindingen, waardoor macromoleculen
ontstaan. Dit vereist energie.
4
