Biochemie
H1: Algemene inleiding
1.1 Wat is biochemie
1.1.1 Algemene situering
Biochemie is gebaseerd op reductionisme:
- = proberen de individuele moleculen waaruit het lichaam of cel bestaat te isoleren om
ze afzonderlijk te bestuderen
1.1.2 Kort historisch overzicht
1.1.3 Biochemie: onderverdeling in 3 delen
Biochemie is een interdisciplinaire wetenschap dat uit 3 deelluiken bestaat:
1) structurele chemie
- = chemie van de componenten van levende materie
- relatie tussen chemische structuur en biologische functies
- bestuderen van de moleculen die instaan voor de structuur en werking van de
cel
- fysische eigenschappen en structuur van eiwitten, suikers, lipiden
2) metabolisme
- = het totaal aan chemische reacties in levende materie
3) genetica
- = de chemie van de processen en substanties die biologische informatie
opslaan en doorgeven
1.2 Biochemie als chemische wetenschap
De 29 chemische elementen zijn (bio)moleculen:
- micromoleculen kunnen zich polymeriseren tot macromoleculen m.b.v. water
→ aminozuur tot een eiwit, nucleotiden tot nucleïnezuren
- ook monomeren kunnen zich polymeriseren tot polymeren m.b.v. water
→ er ontstaat dan een covalente binding & een residu
→ = het deel van de molecule dat achterblijft in een polymeer
Er zijn 2 soorten polymeren:
1) homopolymeren
- = een polymeer opgebouwd uit identieke monomeren
- polysachariden die opgebouwd zijn uit 1 monosachariden (vb. cellulose)
2) heteropolymeren
- = een polymeer opgebouwd uit verschillende monomeren
- DNA, RNA die opgebouwd zijn uit A, T, G, C, U, zijn polynucleotiden
- eiwitten zijn opgebouwd uit 20 aminozuren, zijn polypeptiden
- polysachariden die opgebouwd zijn uit min. 2 verschillende monosachariden
1
,Polymeren zijn de structurele en functionele eenheid van de cel:
1) polysachariden
- structuur van energievoorziening
2) polynucleotiden
- informatie opslag
- transmissie en expressie
3) polypeptiden
- structureel diverser dan nucleïnezuren en koolhydraten
- structuur, transport, hormonen en receptoren, antilichamen en enzymen
4) lipiden
- zeer heterogene groep van chemische structuren
- weinig oplosbaar in water
- diverse functies
- structureel element van het membraan
- kunnen geen polymeren vormen
1.2.1 Chemische elementen
Levende wezens:
- bestaan tot 70 % uit water
- bestaan uit 29 verschillende chemische elementen, opgedeeld in in 4 groepen:
→ groep 1 tot 3 zijn essentieel voor elk mens, groep 4 komt niet bij iedereen voor
1) groep 1: C, H, O, N
- verantwoordelijk voor 99% van de massa in meeste cellen
- vormen sterke covalente bindingen (kunnen enkelvoudige, dubbele en
triple bindingen aangaan)
- koolstof is voornamelijk het vaste materiaal van de cel
- belangrijke organische componenten;
→ alcoholen, aldehyden, ketonen, carbonzuur, thiolen en amines
- belangrijke functionele groepen:
- hydroxyl, acyl, carbonyl, carboxyl, carboxylaat, thiol, amino, fosfaat,
fosforyl
2
, 2) groep 2: S, P, K, Na
- minder aanwezig dan groep 1
- S is een essentieel component van eiwitten
- P heeft een belangrijke rol in energiemetabolisme en in de structuur
van nucleïnezuren
3) groep 3: Cu, Fe, Mn, Zn
- metalen die aanwezig zijn in kleine hoeveelheden in alle organismen
en die essentieel zijn voor het leven
4) groep 4: Al, B, I, Ni
- sporenelementen die in bepaalde organismen voorkomen
1.2.2 Cellen bevatten 4 belangrijke groepen van biomoleculen
1.2.2.1 Aminozuren
Aminozuur:
- hebben een amino- en zuurfunctie op een centraal C-atoom
- in water zijn deze groepen geïoniseerd, er zijn geladen en niet-geladen groepen
= een zwitterion
- basisstructuur is hetzelfde, verschillende enkel in zij-keten
1.2.2.2 Koolhydraten
Koolhydraat:
- monosachariden hebben formule (CH2O)n
- de structuur in waterige oplossing is een cyclische verbinding, vaak zijn er
hydroxylgroepen vervangen door andere groepen
1.2.2.3 Nucleotiden
Nucleotide:
- bestaat uit een 5-koolstof suiker, een stikstofbase en 1 of meerdere fosfaatgroepen
3
, H2: De matrix van het leven
2.1 Inleiding
Afmetingen:
- van biomoleculen zijn veel kleiner dan microscopische resolutie, daarom wordt de
lengtemaat Angstrom gebruikt
→ is 10-10 of 0,1 nm
→ is een X-straal diffractie nodig om dit te bekijken
2.2 Niet covalente moleculaire interacties
Niet covalente interacties:
- treden op tussen:
1) ionen
2) moleculen
3) delen van moleculen
- spelen belangrijke rol in bijna alle biochemische reacties
- zwakke wisselwerking tussen de buitenste elektronen van
atomen
- bindingsenergie is 10x tot 100x lager dan covalente bindingen
Eigenschappen:
1) reversibel
- zeer dynamisch, continu vorming en afbraak
2) sterk beïnvloedbaar door aanwezigheid van water en ionen
3) afhankelijk van de onderlinge afstand tussen de interacterende moleculaire
structuren
Soorten niet covalente interacties:
1) elektrostatische interacties (ionaire bindingen)
2) van der Waals krachten
3) waterstofbruggen
4) hydrofobe interacties
Van der Waals krachten:
- relatief zwakke elektrostatische interacties
- aantrekking of afstoting afhankelijk van de afstand tussen atomen
- indien moleculen of atomen geen covalente bindingen bezitten komen ze dicht bij
elkaar elkaar en gaan de buitenste elektronen orbitalen overlappen, er ontstaat een
gemeenschappelijke afstoting
→ repulsie neemt sterk toe wanneer de afstand tussen het midden afneemt
→ de straal is de afstand waarbij de moleculen het dichtst op elkaar gepakt zijn
- 3 types:
1) dipool - geïnduceerde dipool interacties
- ontstaat door een tijdelijke verschuiving van de elektronenwolk rond
een neutrale groep door toenadering van een ion of een permanente
dipool
4
H1: Algemene inleiding
1.1 Wat is biochemie
1.1.1 Algemene situering
Biochemie is gebaseerd op reductionisme:
- = proberen de individuele moleculen waaruit het lichaam of cel bestaat te isoleren om
ze afzonderlijk te bestuderen
1.1.2 Kort historisch overzicht
1.1.3 Biochemie: onderverdeling in 3 delen
Biochemie is een interdisciplinaire wetenschap dat uit 3 deelluiken bestaat:
1) structurele chemie
- = chemie van de componenten van levende materie
- relatie tussen chemische structuur en biologische functies
- bestuderen van de moleculen die instaan voor de structuur en werking van de
cel
- fysische eigenschappen en structuur van eiwitten, suikers, lipiden
2) metabolisme
- = het totaal aan chemische reacties in levende materie
3) genetica
- = de chemie van de processen en substanties die biologische informatie
opslaan en doorgeven
1.2 Biochemie als chemische wetenschap
De 29 chemische elementen zijn (bio)moleculen:
- micromoleculen kunnen zich polymeriseren tot macromoleculen m.b.v. water
→ aminozuur tot een eiwit, nucleotiden tot nucleïnezuren
- ook monomeren kunnen zich polymeriseren tot polymeren m.b.v. water
→ er ontstaat dan een covalente binding & een residu
→ = het deel van de molecule dat achterblijft in een polymeer
Er zijn 2 soorten polymeren:
1) homopolymeren
- = een polymeer opgebouwd uit identieke monomeren
- polysachariden die opgebouwd zijn uit 1 monosachariden (vb. cellulose)
2) heteropolymeren
- = een polymeer opgebouwd uit verschillende monomeren
- DNA, RNA die opgebouwd zijn uit A, T, G, C, U, zijn polynucleotiden
- eiwitten zijn opgebouwd uit 20 aminozuren, zijn polypeptiden
- polysachariden die opgebouwd zijn uit min. 2 verschillende monosachariden
1
,Polymeren zijn de structurele en functionele eenheid van de cel:
1) polysachariden
- structuur van energievoorziening
2) polynucleotiden
- informatie opslag
- transmissie en expressie
3) polypeptiden
- structureel diverser dan nucleïnezuren en koolhydraten
- structuur, transport, hormonen en receptoren, antilichamen en enzymen
4) lipiden
- zeer heterogene groep van chemische structuren
- weinig oplosbaar in water
- diverse functies
- structureel element van het membraan
- kunnen geen polymeren vormen
1.2.1 Chemische elementen
Levende wezens:
- bestaan tot 70 % uit water
- bestaan uit 29 verschillende chemische elementen, opgedeeld in in 4 groepen:
→ groep 1 tot 3 zijn essentieel voor elk mens, groep 4 komt niet bij iedereen voor
1) groep 1: C, H, O, N
- verantwoordelijk voor 99% van de massa in meeste cellen
- vormen sterke covalente bindingen (kunnen enkelvoudige, dubbele en
triple bindingen aangaan)
- koolstof is voornamelijk het vaste materiaal van de cel
- belangrijke organische componenten;
→ alcoholen, aldehyden, ketonen, carbonzuur, thiolen en amines
- belangrijke functionele groepen:
- hydroxyl, acyl, carbonyl, carboxyl, carboxylaat, thiol, amino, fosfaat,
fosforyl
2
, 2) groep 2: S, P, K, Na
- minder aanwezig dan groep 1
- S is een essentieel component van eiwitten
- P heeft een belangrijke rol in energiemetabolisme en in de structuur
van nucleïnezuren
3) groep 3: Cu, Fe, Mn, Zn
- metalen die aanwezig zijn in kleine hoeveelheden in alle organismen
en die essentieel zijn voor het leven
4) groep 4: Al, B, I, Ni
- sporenelementen die in bepaalde organismen voorkomen
1.2.2 Cellen bevatten 4 belangrijke groepen van biomoleculen
1.2.2.1 Aminozuren
Aminozuur:
- hebben een amino- en zuurfunctie op een centraal C-atoom
- in water zijn deze groepen geïoniseerd, er zijn geladen en niet-geladen groepen
= een zwitterion
- basisstructuur is hetzelfde, verschillende enkel in zij-keten
1.2.2.2 Koolhydraten
Koolhydraat:
- monosachariden hebben formule (CH2O)n
- de structuur in waterige oplossing is een cyclische verbinding, vaak zijn er
hydroxylgroepen vervangen door andere groepen
1.2.2.3 Nucleotiden
Nucleotide:
- bestaat uit een 5-koolstof suiker, een stikstofbase en 1 of meerdere fosfaatgroepen
3
, H2: De matrix van het leven
2.1 Inleiding
Afmetingen:
- van biomoleculen zijn veel kleiner dan microscopische resolutie, daarom wordt de
lengtemaat Angstrom gebruikt
→ is 10-10 of 0,1 nm
→ is een X-straal diffractie nodig om dit te bekijken
2.2 Niet covalente moleculaire interacties
Niet covalente interacties:
- treden op tussen:
1) ionen
2) moleculen
3) delen van moleculen
- spelen belangrijke rol in bijna alle biochemische reacties
- zwakke wisselwerking tussen de buitenste elektronen van
atomen
- bindingsenergie is 10x tot 100x lager dan covalente bindingen
Eigenschappen:
1) reversibel
- zeer dynamisch, continu vorming en afbraak
2) sterk beïnvloedbaar door aanwezigheid van water en ionen
3) afhankelijk van de onderlinge afstand tussen de interacterende moleculaire
structuren
Soorten niet covalente interacties:
1) elektrostatische interacties (ionaire bindingen)
2) van der Waals krachten
3) waterstofbruggen
4) hydrofobe interacties
Van der Waals krachten:
- relatief zwakke elektrostatische interacties
- aantrekking of afstoting afhankelijk van de afstand tussen atomen
- indien moleculen of atomen geen covalente bindingen bezitten komen ze dicht bij
elkaar elkaar en gaan de buitenste elektronen orbitalen overlappen, er ontstaat een
gemeenschappelijke afstoting
→ repulsie neemt sterk toe wanneer de afstand tussen het midden afneemt
→ de straal is de afstand waarbij de moleculen het dichtst op elkaar gepakt zijn
- 3 types:
1) dipool - geïnduceerde dipool interacties
- ontstaat door een tijdelijke verschuiving van de elektronenwolk rond
een neutrale groep door toenadering van een ion of een permanente
dipool
4
