BIOCHEMIE
,De uitvinding van de microscoop zorgde voor de ontdekking dat organismen uit cellen bestaan.
in de biochemie maken we een onderscheid tussen twee soorten moleculen: de grote moleculen
zoals eiwitten en de kleinere moleculen zoals glucose en glycerol.
Glucose is een basisstof, een soort universele brandstof voor organismen.
Beide soorten hebben zeer gelijkaardige kenmerken, zoals DNA bevat de genetische informatie
in alle levende organismen. Eiwitten bestaan uit dezelfde 20 mogelijke aminozuren en
bovendien hebben deze eiwitten in verschillende organismen dikwijls gelijkaardige vormen.
De gemeenschappelijke mechanismen binnen de groep van de macromoleculen zijn een
aanwijzing voor een gemeenschappelijke voorouder zo’n 3,5 miljard jaar geleden.
Toen de grote oxidatie plaatsvond zorgde dit voor een oxidatie van de voedingstoffen,
waardoor de levensvormen efficiënter konden beginnen functioneren.
De unieke 3D structuren binnen de macromoleculen zijn zodanig complex opgebouwd dat een
specifieke analyse vereist is. Een eerste complexe 3D structuur die we gaan bekijken is DNA.
Het ontdekken dat DNA een 3D structuur heeft, liet toe een verband te leggen tussen de
structuur en de functie. De structuur van een molecule is belangrijker dan zijn chemische
samenstelling.
DNA, desoxyribonucleïne zuur bestaat uit een dubbele helix, met 2 antiparallelle
complementaire strengen. Het is een lineair polymeer dat is opgebouwd uit 4 soorten
monomeren: adenine, guanine, cytosine en thymine. Deze monomeren zijn gebonden aan een
suikerfosfaat. Om de 10 opeenvolgende monomeren is er een draai in de helix structuur.
De baseparen vormen waterstofbruggen, 2-voudige of 3-voudige, afhankelijk van de basen.
Deze waterstofbruggen zijn veel zwakker dan de sterke covalente bindingen tussen de C-C of
de C=O waarbij een hoge activeringsenergie nodig is. Door de zwakte van deze bindingen
kunnen de twee strengen makkelijk gesplitst worden voor de replicatie.
1
,Doordat de strengen complementair zijn aan elkaar treden ze op als een soort van back-up
informatie van elkaar. We hebben maar 1 van de twee nodig om de andere opnieuw op te
bouwen. De ene kan dus als een template optreden voor de andere. Bovendien is de structuur
van het DNA zodanig opgebouwd dat beide mogelijke basenparen willekeurig plaats mogen
nemen binnen de structuur.
Als er mutatie ontstaat binnen de sequentie en deze opgemerkt wordt, kan deze ook hersteld
worden dankzij herstel enzymen.
Welke krachten zorgen ervoor dat de strengen aan elkaar willen binden ?
Welke interacties en bindingen spelen hierbij een rol en in welke solvent
gebeurt dit allemaal.
De rol van de covalente en de niet-covalente bindingen moeten in
beschouwing genomen worden. Covalente bindingen zijn de sterkste
bindingen omdat de elektronen gemeenschappelijk gesteld worden.
Voor een eenvoudige covalente binding C-C moet er al 85 kcal/mol
activeringsenergie gebruikt worden om deze te doorbreken. Voor een
dubbele covalente binding C=O moet er ruim 170 kcal/mol gebruikt
worden.
1 Å = 10-10 m = 10-10 cm = 0,1 nm
Dankzij deze covalente bindingen kunnen sommige moleculen verschillende structuren
aannemen en aan resonantie doen. Ze vormen hierdoor een resonantiehybride die door middel
van een delokalisatie van de elektronen aan stabiliteit zal winnen. Een voorbeeld hiervan is
adenine.
De niet-covalente bindingen daarentegen zijn veel zwakker, maar daarom niet minder
belangrijk. Door hun grote hoeveelheid zijn ze werkelijk relevant. We onderscheiden 4 soorten
zwakke interacties:
- Elektrostatische interacties
- Waterstofbruggen
- Van Der Waals interacties
- Hydrofobe interacties
Ze hebben een veel lagere activeringsenergie en kunnen hierdoor veel makkelijker reageren en
veranderingen veroorzaken.
Elektrostatische interacties:
Een interactie op basis van de ladingen. Via de coulomb kracht kunnen we de energie hiervan
𝑞1 𝑞2
bepalen: E = K 𝐷 𝑟 waarbij q1 en q2 de ladingen zijn van de atomen, r de afstand tussen beide
atomen, K de proportionaliteits constante en D de diëlektrische constante.
De diëlektrische constante van water = 80. Die van een vacuüm is 1, d.w.z. dat interacties in
water 80 keer zwakker zullen zijn dan in een vacuüm. Een normale activeringsenergie is hierbij
zo’n 1,5 kcal/mol.
2
, Binnen een macromolecule zijn er zoveel atomen aanwezig dat zelfs de zwakke interacties op
zo’n grote schaal een rol spelen.
Fosfaat dat negatief geladen is gaat zich op een zo groot mogelijke afstand plaatsen om de
repulsie zo laag mogelijk te krijgen. Indien DNA in een vacuüm midden zou zijn en niet in een
waterig midden zou de repulsie 80 keer groter zijn en zou de DNA-structuur die we vandaag
kennen niet kunnen bestaan.
Waterstofbruggen:
Deze zijn gelijkaardig aan de elektrostatische interacties doordat ze door middel van een
dipoolmoment elkaar aantrekken. In de DNA dubbele helix structuur zijn de basen gebonden
door middel van H-bruggen.
Het waterstofatoom is covalent gebonden aan een donor, en door een
verschil in EN ontstaat er een ladingsverschil dat resulteert in een
dipoolmoment. De sterkte van de waterstofbrug is afhankelijk van de
afstand tussen de donor en de acceptor en van de hoek tussen beiden. 180°
is de ideale hoek omdat de interacties dan best kunnen plaats nemen.
De sterkte van de interactie komt overeen met 1-5 kcal/mol. We weten dat er bij de basenparen
ofwel 3 ofwel 2 waterstofbruggen aanwezig zijn, dit is dus gem 2,5 H-bruggen per paar en we
weten dat er enorm veel paren zijn in de strengen. Waterstofbruggen zijn dus toch relevant
ondanks hun zwakte.
Water kan zowel als donor optreden dan als acceptor, en 1 watermolecuul kan tot 4 H-bruggen
aangaan.
Van Der Waals interacties:
Het principe is gebaseerd op het feit dat de distributie van de
elektrische ladingen rond een atoom verandert doorheen de tijd. Op
geen enkel ogenblik zijn de ladingen perfect verdeeld. Hierdoor gaan
de naburige atomen steeds met elkaar door middel van de
elektrostatische interacties met elkaar interageren. Indien de afstand
tussen de atomen te groot is, zakken de interacties.
Atomen die tegengesteld geladen zijn trekken elkaar aan tot op een afstand = VDW-afstand,
waarbij de atomen optimaal met elkaar zullen interageren. Indien ze dichter gaan zullen de
kernen beginnen af te stoten, anderzijds indien ze verder staan zullen ze elkaar aantrekken.
De sterkte van deze interacties komt overeen met 0,5-1kcal /mol, opnieuw zeer zwak, maar
omdat dit tussen alle atomen tevoorschijn komt is het belangrijk.
3
,De uitvinding van de microscoop zorgde voor de ontdekking dat organismen uit cellen bestaan.
in de biochemie maken we een onderscheid tussen twee soorten moleculen: de grote moleculen
zoals eiwitten en de kleinere moleculen zoals glucose en glycerol.
Glucose is een basisstof, een soort universele brandstof voor organismen.
Beide soorten hebben zeer gelijkaardige kenmerken, zoals DNA bevat de genetische informatie
in alle levende organismen. Eiwitten bestaan uit dezelfde 20 mogelijke aminozuren en
bovendien hebben deze eiwitten in verschillende organismen dikwijls gelijkaardige vormen.
De gemeenschappelijke mechanismen binnen de groep van de macromoleculen zijn een
aanwijzing voor een gemeenschappelijke voorouder zo’n 3,5 miljard jaar geleden.
Toen de grote oxidatie plaatsvond zorgde dit voor een oxidatie van de voedingstoffen,
waardoor de levensvormen efficiënter konden beginnen functioneren.
De unieke 3D structuren binnen de macromoleculen zijn zodanig complex opgebouwd dat een
specifieke analyse vereist is. Een eerste complexe 3D structuur die we gaan bekijken is DNA.
Het ontdekken dat DNA een 3D structuur heeft, liet toe een verband te leggen tussen de
structuur en de functie. De structuur van een molecule is belangrijker dan zijn chemische
samenstelling.
DNA, desoxyribonucleïne zuur bestaat uit een dubbele helix, met 2 antiparallelle
complementaire strengen. Het is een lineair polymeer dat is opgebouwd uit 4 soorten
monomeren: adenine, guanine, cytosine en thymine. Deze monomeren zijn gebonden aan een
suikerfosfaat. Om de 10 opeenvolgende monomeren is er een draai in de helix structuur.
De baseparen vormen waterstofbruggen, 2-voudige of 3-voudige, afhankelijk van de basen.
Deze waterstofbruggen zijn veel zwakker dan de sterke covalente bindingen tussen de C-C of
de C=O waarbij een hoge activeringsenergie nodig is. Door de zwakte van deze bindingen
kunnen de twee strengen makkelijk gesplitst worden voor de replicatie.
1
,Doordat de strengen complementair zijn aan elkaar treden ze op als een soort van back-up
informatie van elkaar. We hebben maar 1 van de twee nodig om de andere opnieuw op te
bouwen. De ene kan dus als een template optreden voor de andere. Bovendien is de structuur
van het DNA zodanig opgebouwd dat beide mogelijke basenparen willekeurig plaats mogen
nemen binnen de structuur.
Als er mutatie ontstaat binnen de sequentie en deze opgemerkt wordt, kan deze ook hersteld
worden dankzij herstel enzymen.
Welke krachten zorgen ervoor dat de strengen aan elkaar willen binden ?
Welke interacties en bindingen spelen hierbij een rol en in welke solvent
gebeurt dit allemaal.
De rol van de covalente en de niet-covalente bindingen moeten in
beschouwing genomen worden. Covalente bindingen zijn de sterkste
bindingen omdat de elektronen gemeenschappelijk gesteld worden.
Voor een eenvoudige covalente binding C-C moet er al 85 kcal/mol
activeringsenergie gebruikt worden om deze te doorbreken. Voor een
dubbele covalente binding C=O moet er ruim 170 kcal/mol gebruikt
worden.
1 Å = 10-10 m = 10-10 cm = 0,1 nm
Dankzij deze covalente bindingen kunnen sommige moleculen verschillende structuren
aannemen en aan resonantie doen. Ze vormen hierdoor een resonantiehybride die door middel
van een delokalisatie van de elektronen aan stabiliteit zal winnen. Een voorbeeld hiervan is
adenine.
De niet-covalente bindingen daarentegen zijn veel zwakker, maar daarom niet minder
belangrijk. Door hun grote hoeveelheid zijn ze werkelijk relevant. We onderscheiden 4 soorten
zwakke interacties:
- Elektrostatische interacties
- Waterstofbruggen
- Van Der Waals interacties
- Hydrofobe interacties
Ze hebben een veel lagere activeringsenergie en kunnen hierdoor veel makkelijker reageren en
veranderingen veroorzaken.
Elektrostatische interacties:
Een interactie op basis van de ladingen. Via de coulomb kracht kunnen we de energie hiervan
𝑞1 𝑞2
bepalen: E = K 𝐷 𝑟 waarbij q1 en q2 de ladingen zijn van de atomen, r de afstand tussen beide
atomen, K de proportionaliteits constante en D de diëlektrische constante.
De diëlektrische constante van water = 80. Die van een vacuüm is 1, d.w.z. dat interacties in
water 80 keer zwakker zullen zijn dan in een vacuüm. Een normale activeringsenergie is hierbij
zo’n 1,5 kcal/mol.
2
, Binnen een macromolecule zijn er zoveel atomen aanwezig dat zelfs de zwakke interacties op
zo’n grote schaal een rol spelen.
Fosfaat dat negatief geladen is gaat zich op een zo groot mogelijke afstand plaatsen om de
repulsie zo laag mogelijk te krijgen. Indien DNA in een vacuüm midden zou zijn en niet in een
waterig midden zou de repulsie 80 keer groter zijn en zou de DNA-structuur die we vandaag
kennen niet kunnen bestaan.
Waterstofbruggen:
Deze zijn gelijkaardig aan de elektrostatische interacties doordat ze door middel van een
dipoolmoment elkaar aantrekken. In de DNA dubbele helix structuur zijn de basen gebonden
door middel van H-bruggen.
Het waterstofatoom is covalent gebonden aan een donor, en door een
verschil in EN ontstaat er een ladingsverschil dat resulteert in een
dipoolmoment. De sterkte van de waterstofbrug is afhankelijk van de
afstand tussen de donor en de acceptor en van de hoek tussen beiden. 180°
is de ideale hoek omdat de interacties dan best kunnen plaats nemen.
De sterkte van de interactie komt overeen met 1-5 kcal/mol. We weten dat er bij de basenparen
ofwel 3 ofwel 2 waterstofbruggen aanwezig zijn, dit is dus gem 2,5 H-bruggen per paar en we
weten dat er enorm veel paren zijn in de strengen. Waterstofbruggen zijn dus toch relevant
ondanks hun zwakte.
Water kan zowel als donor optreden dan als acceptor, en 1 watermolecuul kan tot 4 H-bruggen
aangaan.
Van Der Waals interacties:
Het principe is gebaseerd op het feit dat de distributie van de
elektrische ladingen rond een atoom verandert doorheen de tijd. Op
geen enkel ogenblik zijn de ladingen perfect verdeeld. Hierdoor gaan
de naburige atomen steeds met elkaar door middel van de
elektrostatische interacties met elkaar interageren. Indien de afstand
tussen de atomen te groot is, zakken de interacties.
Atomen die tegengesteld geladen zijn trekken elkaar aan tot op een afstand = VDW-afstand,
waarbij de atomen optimaal met elkaar zullen interageren. Indien ze dichter gaan zullen de
kernen beginnen af te stoten, anderzijds indien ze verder staan zullen ze elkaar aantrekken.
De sterkte van deze interacties komt overeen met 0,5-1kcal /mol, opnieuw zeer zwak, maar
omdat dit tussen alle atomen tevoorschijn komt is het belangrijk.
3
