Zelfstudie 1
Hoofdstuk 1
Zuurstof, water en koolstof vormen ongeveer 98% van de atomen in levende organismes.
Organismes zijn erg gelijk op moleculair niveau. Er zijn 4 belangrijke soorten biomoleculen:
• Eiwitten
- Aminozuren verbonden peptidebindingen → vormen polymeren
- Vouwen in 3D structuren
- Lineaire moleculen met meerdere functies:
o Signaal moleculen
o Receptoren voor signaal moleculen
o Structuur moleculen
o Bescherming tegen gevaren van buitenaf
o Katalysator → enzymen
• Nucleïne zuren
- Lineaire moleculen
- Bouwstenen voor DNA en RNA
- RNA: Uracil en extra OH groep aan suiker
- Opgebouwd uit vier verschillende nucleotiden (Adenine, cytosine, guanine, thymine, (uracil))
o Nucleotide: suiker + vijf koolstofatomen + een base + een fosfaatgroep
o De basen binden aan elkaar door waterstofbruggen: A – T (in RNA U) & G – C
- Functie: Opslaan en doorgeven van informatie, om andere cellen aan te zetten tot hun taak
• (Fosfo)Lipiden
- Hydrofiele kop en hydrofobe staart
- Functies lipiden:
o Barrière: door hydrofobe en hydrofiele delen → bakenen cel af voor omgeving
(Creëren een binnen en buiten)
o Opslag voor energie → hydrofobe deel kan verbranding ondergaan → levert grote
hoeveelheden cellulaire energie
o Cruciale signaal moleculen
• Koolhydraten
- Duizenden verschillende koolhydraten
- Functies koolhydraten:
o Brandstof (veel voorkomend: glucose, opgeslagen als glycogeen)
o Helpen cellen elkaar te herkennen
o Zorgt voor communicatie tussen cellen
Deze moleculen zijn voor het grootste deel stabiel omdat ze zijn geconstrueerd met sterke covalente
bindingen (bindingen waarin de elektronen worden gedeeld door de deelnemende atomen).
Membranen
• Scheidt binnenkant cel van omgeving
• Dubbele lipide laag → hydrofobe staarten binnen, hydrofiele koppen buiten
2 Basistypen cellen:
• Eukaryoten
- Wel een kern en verschillende organellen in de cel
- Cytoskelet = netwerk van 3 soorten eiwitvezels: actine- en intermediaire filamenten en
microtubuli → ondersteunen celstructuur, lokaliseren biochemische activiteiten en dienen als
moleculaire snelwegen om moleculen te verplaatsen binnen de cel
• Prokaryoten
- Geen kern en minder structuren in de cel
- Omgeven door 2 membranen; gescheiden door periplasmatische ruimte
,Cellen:
• Er moet altijd een barrière zijn die de cel van de omgeving scheidt → plasmamembraan
- Ondoordringbaar voor de meeste stoffen
- Eiwitten in het plasmamembraan zorgen voor selectieve permeabiliteit (doorlaatbaarheid)
• Er moet altijd een cytoplasma zijn
- Innerlijke substantie van de cel
- Plaats van veel biochemische processen
- Biochemie van cytoplasma wordt georganiseerd door netwerk van structurele filamenten:
cytoskelet
Plantencel:
• Plasmamembraan is omgeven door celwand → opgebouwd uit cellulose (lang lineair polymeer van
glucosemoleculen) → stevige beschermende wand
,Organellen in eukaryoten:
• Kern
- Dubbele membranen → onderbroken met poriën om transport mogelijk te maken
- Informatiecentrum van de cel
• Mitochondrium
- Twee membranen:
o 1 die in contact staat met het cytoplasma
o 1 die in contact staat met de binnenzijde van het mitochondrium.
- De ruimte ertussen = intermembraanruimte →Hier wordt de cellulaire energie, ATP gevormd
• Chloroplast
- Alleen in plantencellen!!
- 2 membranen
- Hier vind fotosynthese plaats (= omzetting van zonlicht in chemische energie)
• Endoplasmatisch reticulum
- Reeks vliezige zakjes
- Ruw ER (RER)
o Ribosomen zitten op cytoplasmatische zijde vast
o Ribosomen synthetiseren eiwitten → translatie → naar lumen transporteren
o Eiwit wordt gevouwen in de lumen van ER → hulp van andere eiwitten (chaperones)
- Glad ER (SER)
o Verwerking van exogene (buiten cel) chemicaliën → medicatie, alcohol
o Ribosomen regelen de eiwitsynthese. In het lumen van het ruw ER wordt het eiwit
daarnagevouwen in zijn uiteindelijke 3D structuur met hulp van andere eiwitten
genaamd chaperones.
o Daarna in transportblaasjes naar het Golgi-systeem
• Het Golgi-systeem
- Reeks gestapelde membranen
- Transportblaasjes versmelten met het golgi
- Verdere verwerking eiwit → set koolhydraten toevoegen
- Sorteren eiwitten
• Secretory korrel
- Eiwit verlaat Golgi-systeem → secretory korrel ontstaat →
brengt eiwit over en versmelt na signaal met het membraan
→ brengt eiwit naar het extracellulaire milieu = exocytose
• Endosoom
- Materiaal wordt in de cel opgenomen door een endosoom
- Blaasje versmelt met membraan → neemt kleine hoeveelheid stoffen mee cel in = endocytose
- Fagosytose = wanneer grote hoeveelheden de cel in worden genomen
• Lysosoom
- Bevat veel spijsverteringsenzymen
- Versmelten met endosomen
- Na fusie verteren lysosomale enzymen het materiaal → kleine moleculen die door de cel als
bouwstenen of brandstof kunnen worden gebruikt (extracellulair materiaal)
- Andere functie: afbreken beschadigde organellen (intracellulair materiaal)
- Hier worden stoffen afgebroken. Onder andere beschadigde organellen.
• Vacuole
- Alleen in plantencellen!!
- Hele grote blaas met enkel membraan.
- Opslaan water, ionen en voedingsstoffen
- Eiwitten transporteren de moleculen door het vacuolaire membraan
De opmerkelijke structuur en functie van de cel zelf worden echter gestabiliseerd door zwakke interacties
die slechts een fractie van de sterkte van covalente bindingen hebben.
,Hoofdstuk 2
Brownian motion:
• Het willekeurig bewegen van deeltjes in vloeistoffen of lucht → in de cel vooral water
• De beweging komt door thermische ruis → willekeurige fluctuatie vd energie-inhoud vd omgeving
• Snelheid water/gasmoleculen wordt bepaald door temperatuur
• Energiebron voor verschillende biochemische processen
Water:
• Covalente binding tussen 2H en 1O
• Polair molecuul: zuurstof licht elektronegatief (δ-), waterstof licht positief (δ+)
• Waterstofbruggen vormen door verschil in lading
• Oplosmiddel voor elk geladen / polair molecuul
Zwakke niet-covalente bindingen hebben ladingsverschillen en zijn dus elektrostatisch. Ze zijn sterk genoeg
samen, maar ook zwak genoeg om uit elkaar te vallen voor een proces.
Er zijn drie fundamentele non-covalente bindingen:
• Ionbindingen
- Interacties tussen verschillende elektrische ladingen op atomen → vaak atomen volledig + of –
- Water verzwakt deze bindingen vanwege polaire eigenschappen
- Deze bindingen ontstaan door verschil in lading. Wanneer deze stoffen in oplossing komen met
water, worden de ionbindingen zwakker /verbroken → bijv. zouten lossen op in water
• Waterstofbruggen
- Niet uniek voor watermoleculen → elektronegatief atoom en waterstof→ O-H of N-H
- Waterstofbruggen tussen 2 moleculen worden zwakker/ verbroken in water → water gaat dan
zelf waterstofbruggen vormen met deze moleculen
- Waterstofbruggen zijn zwakker dan covalente bindingen
• Van der Waals bindingen
- Bindingen tussen atomen die niet polair en niet geladen zijn
- De lading rond atomen is niet symmetrisch → verschilt rondom het atoom
- Door deze verschillen ontstaan er elektrostatische verbindingen → blijven in sterkte toenemen
totdat ze de van der Waals contact afstand hebben bereikt
- Bij kleinere afstanden dan deze afstand houdt de verbinding op met bestaan → buitenste
elektronenwolken overlappen dan en stoten elkaar af
- Sterker bij grotere moleculen dan bij kleinere moleculen, want meer atoomparen
Hydrofobe effect:
• Apolaire moleculen binden opgelost in water aan elkaar, omdat ze een hoge aantrekkingskracht
hebben en omdat ze de wanorde (van water) vergroten.
• Hydrofobe interactie = interacties van hydrofobe effect
• Ontstaat spontaan, geen input van energie nodig
2e wet van thermodynamiek: → wanorde niet kennen
• Als iets gebeurt, moet de wanorde toenemen:
- Wanneer er een apolaire stof in water komt, ontstaat een holte in het water en worden
bindingen tussen watermoleculen verbroken.
- Watermoleculen reorganiseren zich → ook om het apolaire molecuul → meer orde
- Wanneer er twee apolaire moleculen in water worden opgelost, binden deze twee moleculen
samen tot een grote → enkele watermoleculen die zich rondom het ene molecuul had
georganiseerd wordt afgezet → er ontstaat meer wanorde
, Het hydrofobe effect heeft een rol bij:
• Het ontstaan van membranen:
- Fosfolipiden zijn amfipatisch: hydrofiele kop en hydrofobe staart → membranen vormen
- Worden versterkt door Van der Waals bindingen tussen de staarten
• Het vouwen van eiwitten:
- eiwitten op dezelfde manier vouwen zorgt juist voor orde, maar hydrofobe zijtakken van
aminozuren die met elkaar willen binden zorgen voor de wanorde van het water: de
watermoleculen uit het ongevouwen eiwit komen vrij door de bindingen.
Functionele groepen:
• Elk van de acht gemeenschappelijke functionele groepen die in tabel 2.1 worden vermeld, verleent
vergelijkbare chemische eigenschappen aan de moleculen waarvan het een bestanddeel is.
• De verleende chemische eigenschappen zijn nodig voor de biochemische functie van de moleculen
De pH
• Een maat voor de waterstofconcentratie met waarden tussen de 0 en 14
• pH verandering in het lichaam, kan voor functieverlies zorgen: verbindingen worden gemaakt of
juist verbroken.
pH + pOH = 14
pH = -log[H+]
[H+] = 10-pH
Zuur ⇌ H+ + base → zuur staat proton af, base neemt proton op
Buffer:
• een oplossing waarvan de pH maar weinig verandert bij toevoeging van een kleine hoeveelheid zuur
of base of bij verdunning
• Een buffer bestaat uit een zwak zuur met zijn geconjugeerde zwakke base
• Bij een verhouding van 1:1, is de pH gelijk aan de pKz
- Buffer voor een bepaalde pH maken → pH zo dicht mogelijk bij de pKz
- De pKz is het punt waar zuur en zijn geconjugeerde base gelijk zijn.
• De pH is afhankelijk van de verhouding tussen het zuur en zijn geconjugeerde base.
• De Henderson-Hasselbach vergelijking:
Hoofdstuk 1
Zuurstof, water en koolstof vormen ongeveer 98% van de atomen in levende organismes.
Organismes zijn erg gelijk op moleculair niveau. Er zijn 4 belangrijke soorten biomoleculen:
• Eiwitten
- Aminozuren verbonden peptidebindingen → vormen polymeren
- Vouwen in 3D structuren
- Lineaire moleculen met meerdere functies:
o Signaal moleculen
o Receptoren voor signaal moleculen
o Structuur moleculen
o Bescherming tegen gevaren van buitenaf
o Katalysator → enzymen
• Nucleïne zuren
- Lineaire moleculen
- Bouwstenen voor DNA en RNA
- RNA: Uracil en extra OH groep aan suiker
- Opgebouwd uit vier verschillende nucleotiden (Adenine, cytosine, guanine, thymine, (uracil))
o Nucleotide: suiker + vijf koolstofatomen + een base + een fosfaatgroep
o De basen binden aan elkaar door waterstofbruggen: A – T (in RNA U) & G – C
- Functie: Opslaan en doorgeven van informatie, om andere cellen aan te zetten tot hun taak
• (Fosfo)Lipiden
- Hydrofiele kop en hydrofobe staart
- Functies lipiden:
o Barrière: door hydrofobe en hydrofiele delen → bakenen cel af voor omgeving
(Creëren een binnen en buiten)
o Opslag voor energie → hydrofobe deel kan verbranding ondergaan → levert grote
hoeveelheden cellulaire energie
o Cruciale signaal moleculen
• Koolhydraten
- Duizenden verschillende koolhydraten
- Functies koolhydraten:
o Brandstof (veel voorkomend: glucose, opgeslagen als glycogeen)
o Helpen cellen elkaar te herkennen
o Zorgt voor communicatie tussen cellen
Deze moleculen zijn voor het grootste deel stabiel omdat ze zijn geconstrueerd met sterke covalente
bindingen (bindingen waarin de elektronen worden gedeeld door de deelnemende atomen).
Membranen
• Scheidt binnenkant cel van omgeving
• Dubbele lipide laag → hydrofobe staarten binnen, hydrofiele koppen buiten
2 Basistypen cellen:
• Eukaryoten
- Wel een kern en verschillende organellen in de cel
- Cytoskelet = netwerk van 3 soorten eiwitvezels: actine- en intermediaire filamenten en
microtubuli → ondersteunen celstructuur, lokaliseren biochemische activiteiten en dienen als
moleculaire snelwegen om moleculen te verplaatsen binnen de cel
• Prokaryoten
- Geen kern en minder structuren in de cel
- Omgeven door 2 membranen; gescheiden door periplasmatische ruimte
,Cellen:
• Er moet altijd een barrière zijn die de cel van de omgeving scheidt → plasmamembraan
- Ondoordringbaar voor de meeste stoffen
- Eiwitten in het plasmamembraan zorgen voor selectieve permeabiliteit (doorlaatbaarheid)
• Er moet altijd een cytoplasma zijn
- Innerlijke substantie van de cel
- Plaats van veel biochemische processen
- Biochemie van cytoplasma wordt georganiseerd door netwerk van structurele filamenten:
cytoskelet
Plantencel:
• Plasmamembraan is omgeven door celwand → opgebouwd uit cellulose (lang lineair polymeer van
glucosemoleculen) → stevige beschermende wand
,Organellen in eukaryoten:
• Kern
- Dubbele membranen → onderbroken met poriën om transport mogelijk te maken
- Informatiecentrum van de cel
• Mitochondrium
- Twee membranen:
o 1 die in contact staat met het cytoplasma
o 1 die in contact staat met de binnenzijde van het mitochondrium.
- De ruimte ertussen = intermembraanruimte →Hier wordt de cellulaire energie, ATP gevormd
• Chloroplast
- Alleen in plantencellen!!
- 2 membranen
- Hier vind fotosynthese plaats (= omzetting van zonlicht in chemische energie)
• Endoplasmatisch reticulum
- Reeks vliezige zakjes
- Ruw ER (RER)
o Ribosomen zitten op cytoplasmatische zijde vast
o Ribosomen synthetiseren eiwitten → translatie → naar lumen transporteren
o Eiwit wordt gevouwen in de lumen van ER → hulp van andere eiwitten (chaperones)
- Glad ER (SER)
o Verwerking van exogene (buiten cel) chemicaliën → medicatie, alcohol
o Ribosomen regelen de eiwitsynthese. In het lumen van het ruw ER wordt het eiwit
daarnagevouwen in zijn uiteindelijke 3D structuur met hulp van andere eiwitten
genaamd chaperones.
o Daarna in transportblaasjes naar het Golgi-systeem
• Het Golgi-systeem
- Reeks gestapelde membranen
- Transportblaasjes versmelten met het golgi
- Verdere verwerking eiwit → set koolhydraten toevoegen
- Sorteren eiwitten
• Secretory korrel
- Eiwit verlaat Golgi-systeem → secretory korrel ontstaat →
brengt eiwit over en versmelt na signaal met het membraan
→ brengt eiwit naar het extracellulaire milieu = exocytose
• Endosoom
- Materiaal wordt in de cel opgenomen door een endosoom
- Blaasje versmelt met membraan → neemt kleine hoeveelheid stoffen mee cel in = endocytose
- Fagosytose = wanneer grote hoeveelheden de cel in worden genomen
• Lysosoom
- Bevat veel spijsverteringsenzymen
- Versmelten met endosomen
- Na fusie verteren lysosomale enzymen het materiaal → kleine moleculen die door de cel als
bouwstenen of brandstof kunnen worden gebruikt (extracellulair materiaal)
- Andere functie: afbreken beschadigde organellen (intracellulair materiaal)
- Hier worden stoffen afgebroken. Onder andere beschadigde organellen.
• Vacuole
- Alleen in plantencellen!!
- Hele grote blaas met enkel membraan.
- Opslaan water, ionen en voedingsstoffen
- Eiwitten transporteren de moleculen door het vacuolaire membraan
De opmerkelijke structuur en functie van de cel zelf worden echter gestabiliseerd door zwakke interacties
die slechts een fractie van de sterkte van covalente bindingen hebben.
,Hoofdstuk 2
Brownian motion:
• Het willekeurig bewegen van deeltjes in vloeistoffen of lucht → in de cel vooral water
• De beweging komt door thermische ruis → willekeurige fluctuatie vd energie-inhoud vd omgeving
• Snelheid water/gasmoleculen wordt bepaald door temperatuur
• Energiebron voor verschillende biochemische processen
Water:
• Covalente binding tussen 2H en 1O
• Polair molecuul: zuurstof licht elektronegatief (δ-), waterstof licht positief (δ+)
• Waterstofbruggen vormen door verschil in lading
• Oplosmiddel voor elk geladen / polair molecuul
Zwakke niet-covalente bindingen hebben ladingsverschillen en zijn dus elektrostatisch. Ze zijn sterk genoeg
samen, maar ook zwak genoeg om uit elkaar te vallen voor een proces.
Er zijn drie fundamentele non-covalente bindingen:
• Ionbindingen
- Interacties tussen verschillende elektrische ladingen op atomen → vaak atomen volledig + of –
- Water verzwakt deze bindingen vanwege polaire eigenschappen
- Deze bindingen ontstaan door verschil in lading. Wanneer deze stoffen in oplossing komen met
water, worden de ionbindingen zwakker /verbroken → bijv. zouten lossen op in water
• Waterstofbruggen
- Niet uniek voor watermoleculen → elektronegatief atoom en waterstof→ O-H of N-H
- Waterstofbruggen tussen 2 moleculen worden zwakker/ verbroken in water → water gaat dan
zelf waterstofbruggen vormen met deze moleculen
- Waterstofbruggen zijn zwakker dan covalente bindingen
• Van der Waals bindingen
- Bindingen tussen atomen die niet polair en niet geladen zijn
- De lading rond atomen is niet symmetrisch → verschilt rondom het atoom
- Door deze verschillen ontstaan er elektrostatische verbindingen → blijven in sterkte toenemen
totdat ze de van der Waals contact afstand hebben bereikt
- Bij kleinere afstanden dan deze afstand houdt de verbinding op met bestaan → buitenste
elektronenwolken overlappen dan en stoten elkaar af
- Sterker bij grotere moleculen dan bij kleinere moleculen, want meer atoomparen
Hydrofobe effect:
• Apolaire moleculen binden opgelost in water aan elkaar, omdat ze een hoge aantrekkingskracht
hebben en omdat ze de wanorde (van water) vergroten.
• Hydrofobe interactie = interacties van hydrofobe effect
• Ontstaat spontaan, geen input van energie nodig
2e wet van thermodynamiek: → wanorde niet kennen
• Als iets gebeurt, moet de wanorde toenemen:
- Wanneer er een apolaire stof in water komt, ontstaat een holte in het water en worden
bindingen tussen watermoleculen verbroken.
- Watermoleculen reorganiseren zich → ook om het apolaire molecuul → meer orde
- Wanneer er twee apolaire moleculen in water worden opgelost, binden deze twee moleculen
samen tot een grote → enkele watermoleculen die zich rondom het ene molecuul had
georganiseerd wordt afgezet → er ontstaat meer wanorde
, Het hydrofobe effect heeft een rol bij:
• Het ontstaan van membranen:
- Fosfolipiden zijn amfipatisch: hydrofiele kop en hydrofobe staart → membranen vormen
- Worden versterkt door Van der Waals bindingen tussen de staarten
• Het vouwen van eiwitten:
- eiwitten op dezelfde manier vouwen zorgt juist voor orde, maar hydrofobe zijtakken van
aminozuren die met elkaar willen binden zorgen voor de wanorde van het water: de
watermoleculen uit het ongevouwen eiwit komen vrij door de bindingen.
Functionele groepen:
• Elk van de acht gemeenschappelijke functionele groepen die in tabel 2.1 worden vermeld, verleent
vergelijkbare chemische eigenschappen aan de moleculen waarvan het een bestanddeel is.
• De verleende chemische eigenschappen zijn nodig voor de biochemische functie van de moleculen
De pH
• Een maat voor de waterstofconcentratie met waarden tussen de 0 en 14
• pH verandering in het lichaam, kan voor functieverlies zorgen: verbindingen worden gemaakt of
juist verbroken.
pH + pOH = 14
pH = -log[H+]
[H+] = 10-pH
Zuur ⇌ H+ + base → zuur staat proton af, base neemt proton op
Buffer:
• een oplossing waarvan de pH maar weinig verandert bij toevoeging van een kleine hoeveelheid zuur
of base of bij verdunning
• Een buffer bestaat uit een zwak zuur met zijn geconjugeerde zwakke base
• Bij een verhouding van 1:1, is de pH gelijk aan de pKz
- Buffer voor een bepaalde pH maken → pH zo dicht mogelijk bij de pKz
- De pKz is het punt waar zuur en zijn geconjugeerde base gelijk zijn.
• De pH is afhankelijk van de verhouding tussen het zuur en zijn geconjugeerde base.
• De Henderson-Hasselbach vergelijking:
