Biomoleculen samenvatting

Hoofdstuk 1: Inleiding
Nieuwe eenheid als we over biomoleculen spreken: Angstrom (10 -10 m)

Meeste chemische processen gebeuren extreem snel. Bijvoorbeeld zien, scharnierbeweging
van eiwit, ontrollen DNA, enzymatische reactie, vorming van eiwit (1s), vorming van
bacterie.

De evolutie van eiwitten duurt wel extreem lang: miljoenen jaren.

Besproken biomoleculen: eiwitten, suikers (sachariden), nucleïnezuren en de vetten
(lipiden).
Onze biomoleculen leven in een waterige omgeving. Het effect van water is erg belangrijk.

Chemische samenstelling
 Primaire elementen: C, H, O (94%), 75% van het lichaamsgewicht is water
 Secundaire: N, P, S, Cl, K, Ca, Mg (6%)
 Microbestanddelen (komen in hele lage concentraties voor, maar een tekort is
problematisch): ijzer Fe, Zn, I
 Sporen (zeer lage concentratie, een tekort heeft een enorm effect): Mn, Cu, Co, F, Se
Bij te weinig ijzer gaat de hoeveelheid hemoglobin in het bloed dalen -> vermoeid gevoel.

Drie dimensionale structuur
De belangrijkste factor die de functie van uw biomoleculen gaat verklaren. Als we de
structuur veranderen, verandert de functie ook.

Sleutel-slot-principe: alleen als het substraat perfect past in het enzyme zal enzymatische
reactie doorgaan. Bij mutaties gaat het niet meer door.

3D-structuur
Elk atoom krijgt zijn eigen kleur.
Space-filling: atomen worden voorgesteld als bollen welke overeenkomen met de werkelijke
ruimte dat een atoom inneemt.

Ball and stick: de atomen worden voorgesteld als bollen en de bindingen als de sticks, handig
voor bindingen te bekijken.


Bindingen en functionele groepen
Interacties tussen atomen van biomoleculen
Zeer verschillende interacties mogelijk
Onderverdeling tussen covalente en niet covalente interacties




1

,Covalente bindingen
Een binding waarbij de atomen elektronen gaan delen. Het is geen ionaire binding (=
complete transfer van elektronen, het ene atoom gaat het elektron van het andere
overnemen).

Soorten covalente binding:
 Ether binding: een zuurstof dat 2 verschillende of 2 dezelfde restgroepen gaat
verbinden. Ze komen voor bij membraanlipiden.
 Ester: komen voor bij triglyceriden.
 Fosfaat ester: met fosfaatgroep. Komen voor bij fosfo eiwitten.
 Fosfodiester: 2 zuurstoffen langs elke kant. Ze komen voor bij nucleïnezuren,
fosfolipiden.
 Amide: stikstof. Ze komen voor bij polypeptiden.
 Thioester: zwavel. Komt voor bij acetyl-Co enzym A.
 Thioether: zwavel tussen 2 restgroepen. Komt voor bij methione.

Niet-covalente interacties
Zorgen ervoor dat de structuur zoals die voorkomt in de biomoleculen dat die plastisch is,
door individueel zwakke bindingen te hebben. Samengesteld zorgen de bindingen wel voor
stabiliteit van de macromoleculen.

Dipoolinteracties
Een structuur waarbij de lading van de structuur ongelijk verdeeld is. Sommige zijn
permanent, en sommige zijn geïnduceerd.
Bijvoorbeeld water.

Permanente dipolen:
 Moleculen met ongelijke verdeling van hun lading, ze zijn polair
 Ze bezitten al dan niet een lading van 0

Geïnduceerde dipolen:
 Ze kunnen dipolair worden in aanwezigheid van een elektrisch veld
 Aromatische verbindingen kunnen makkelijk geïnduceerd worden omdat de
elektronen gemakkelijk verplaatst kunnen worden

Van der Waals krachten
Atoom heeft elektronenwolk rond zich die een bepaalde ruimte inneemt. Als atomen dichtbij
elkaar komen gaan die elektronenwolken elkaar afstoten. Het zijn zwakke tot zeer zwakke
krachten die optreden bij intermoleculaire interacties tussen neutrale atomen.

De minimumafstand waarop 2 atomen kunnen naderen is de Van Der Waals radius R.

Waterstofbruggen
Intermoleculaire kracht tussen een elektronenpaar op een elektronegatief atoom en een
waterstofatoom. Ze komen niet uitsluiten voor bij watermoleculen (zuurstof, stikstof, fluor)



2

,Zoutbruggen
Elektrostatische binding tussen 2 tegengesteld geladen atomen. Meest sterke niet-covalente
binding.

Hydrofobe interacties
Bij groepen die geen interactie aangaan met water. Minimaliseren van het
contactoppervlakte tussen de hydrofobe structuren en water.

Overzicht functionele groepen -> kijk cursus pagina 14-15!

Water
 Alle biomoleculen komen voor in een waterige omgeving. Heeft effect op de vorm
van het molecule
 Water zal zorgen voor transport van biomoleculen
 Water speelt actieve rol bij chemische processen. Ionaire componenten , H + en OH-
kunnen optreden als reactieve groepen in zeer veel biologische moleculen.
 Fotosynthese: oxidatie van water met vorming van zuurstof
 Tetraedische vorm

Fysische eigenschappen van water:

Water is een polair molecule: er kunnen elektrostatische interacties ontstaan tussen de
dipolen van watermoleculen. Deze zijn cruciaal voor de eigenschappen van water en voor
zijn rol als biochemisch solvent.

Water kan waterstofbruggen vormen: het vrije elektronen paar van een zuurstof gaat zich
oriënteren naar een waterstof. Elk molecule kan 4 waterstofbruggen aangaan.
Water is een vloeistof waarbij er een enorme cohesie is: hangt aan elkaar (in de vorm van
druppels).

Ijs
In ijs is elke watermolecule omgeven door 4 aanpalende watermleculen die zoals een
tetraëder gerangschikt zijn. De watermolecule vormt een waterstofbrug met al de 4
omliggende watermoleculen. Er is ruimte tussen de watermoleculen, meer dan bij de
vloeibare vorm -> water zet uit bij het bevriezen.
Ijs drijft dus ook op water, heeft enorme effecten (bv ijstijd).

Er is een continue beweging van de waterstofbruggen en de watermoleculen die met elkaar
gaan binden.

Oplosmiddel
Oplosbaarheid product: kan beter interageren met solvent dan met eigen moleculen.
Moleculen die oplossen in water noemen we hydrofiel: vooral polaire en ionaire moleculen.
Moleculen die niet oplossen in water noemen we hydrofoob: apolair moleculen.
Als we spreken van een opgeloste structuur, zit er een watermantel rond de structuur.



3

, Hoe zout oplost in water: polaire solventen zullen aantrekkingskrachten tussen de
tegengesteld geladen ionen afzwakken en kunnen daardoor ionen uit elkaar houden. Een ion
dat ondergedompeld wordt in water zal het tegenovergesteld geladen deeltje van e dipool
water aantrekken. Het ion wordt dus omgeven door verschillende lagen van solvent
moleculen. Zulke ionen zijn opgelost (of in het geval van water gehydrateerd).
Op dezelfde manier zullen ongeladen polaire moleculen oplosbaar zijn in water. De polaire
groepen zullen een waterstofbrug vormen met de watermoleculen.

Hydrofobe effect
Het contact met water minimaliseren. Is een belangrijke drijvende kracht voor veel
processen.
Amfipatische moleculen: heeft een hydrofoob gedeelte en een klein hydrofiel gedeelte.
Bijvoorbeeld lipide structuur (micel (vetdruppel) of membraan). In een waterige oplossing zal
het hydrofiele uiteinde gehydrateerd worden en het hydrofobe gedeelte afgestoten worden
van water.

Chemische eigeschappen van water: (kijk deel cursus p 20-24)
Ionisatie van water
Water heeft een kleine neiging tot ionisatie (het uiteenvallen tot een H+ en een OH-) met het
ontstaan van een proton H3O+. Als proton ontstaat, blijft het niet zitten. Het gaat razend snel
bewegen door waterige omgeving: protonjumping. Reacties waarbij zo’n proton aanwezig is,
gebeuren zeer snel (zuur-base reactie).

Dissociatie van water
Dissociatieconstante K

Nieuwe schaal pH: pH is het negatief logaritme van de concentratie van H +
Hoe hoger de pH -> hoe lager de concentratie H+
Hoe lager de pH -> hoe hoger de concentratie H+

Zuren en basen
Zeer veel biomoleculen hebben zure of basische groepen.
 Zure groep: geeft proton af
 Basische groep: neemt proton op

Henderson-Hasselbalch vergelijking!

Buffers
De pH in een cel moet redelijk stabiel zijn. Metabole processen kunnen enkel doorgaan in
zeer nauwe pH regio.
De oplossing hiervoor is buffers die ervoor zorgen dat de pH stabiel blijft (binnen bepaalde
grenzen). Ze gaan in een pH gebied de veranderingen van de pH tegengaan.

Polyprotische zuren: producten die meer dan 1 proton kunnen verliezen en dus meer dan 1
ionisatie ondergaan.



4