Biomoleculen
Hoofdstuk 1: Inleiding
1. Inleiding
Chemische elementen van levende materie
Voorbeelden van biomoleculen zijn suikers, eiwitten, nucleïnezuren en vetten. Ze zijn opgebouwd uit
verschillende chemische elementen:
Primaire elementen (94%) C,H,O belangrijke rol van water in biologische
processen, vorming covalente bindingen.
Secundaire elementen (9%) stikstof N
fosfor P energiemetabolisme en structuur NZ
zwavel S belangrijke component eiwitten
Ionen noodzakelijk voor de eiwitstructuur en de
katalytische werking van enzymen,
elektrolietenbalans.
Microbestanddelen Fe, Zn, I voorbeeld: Fe bindt aan actief centrum Hg
Spoorelementen. Mn, Cu, Co, komen sporadisch voor maar vervullen soms
F, Se essentiële functie.
3D structuur van eiwitten
Naast de primaire structuur van biomoleculen hebben ze ook een 3D structuur. Bij eiwitten is deze
3D structuur zeer belangrijk. Het enzym is zodanig gemaakt dat het substraat er juist in past = Lock-
Key model. Als de 3D structuur verloren gaat, is het enzym inactief.
Voorbeeld: Deel van de mutaties heeft geen effect op de functie van het biomoleculen want
de mutatie heeft geen effect op de 3D structuur.
De 3D structuren worden voorgesteld a.d.h.v. 2 modellen:
- Space filing: grootte van de bol reflecteert de ware grootte van het atoom, je kan duidelijk zien
hoeveel plaats het moleculen gaat innemen. Bindingen tss atomen minder zichtbaar.
- Ball&Stick model: alle bolletjes (atomen) zijn even groot, de balkjes zijn de bindingen. De bindingen
kunnen hier beter bestudeerd worden.
2. Covalente bindingen in biomoleculen
Bindingen worden onderverdeeld in covalente bindingen en niet-covalente interacties.
Covalente binding = een binding waarbij de atomen elektronen gaan delen. Opm: dit is geen ionaire
binding, hierbij is er een elektronentransfer van het ene atoom naar het andere!
In 1 biomolecule komen verschillende covalente bindingen voor. De sterkte van de binding ligt
meestal tussen 330-400 kJ/mol.
, Binding Structuur Voorkomen
Ether Membraanlipiden
Carboxyl ester Triglyceriden
Fosfaat ester Fosfo eiwitten
Fosfodiester Nucleïnezuren, fosfolipiden
Amide Polypeptiden
(opgebouwd uit AZ)
Thioester Acetyl-Co enzym A
Thioether Methione
3. Niet-covalente interacties
Niet-covalente interacties zijn individueel zwak maar de som van alle aanwezige niet-covalente
interacties kan erg groot zijn. Hierdoor zorgen ze voor de stabiliteit en de flexibiliteit van het
macromolecule.
Voorbeeld: DNA moet kunnen ontrollen voor celdeling.
Soorten niet-covalente interacties
1) dipoolinteracties
Treden op bij moleculen met een ongelijke verdeling van hun ladingen, de nettolading kan
wel 0 zijn.
Hierbij kan het dipoolmoment berekend worden, dit is een maat voor de polariteit van het
molecule. µ = 𝑞𝑥 waarbij q = lading en x = afstand tss kernen
,2) Van der Waals krachten
Zwakke tot zeer zwakke krachten die optreden bij intermoleculaire reacties tussen neutrale
atomen wanneer deze naderen tot op een zeer dichte afstand.
Wanneer de elektronenwolken van de atomen te dicht bij
elkaar komen, overlappen ze en onstaat er een repulsie
met een kracht die proportioneel is met r-12.
Er wordt een soort muur gevormd waardoor atomen en
moleculen niet meer dichter kunnen komen bij elkaar.
De minimum afstand tussen 2 atomen die mogelijk is:
R1 + R2 waarbij R1 = VdW radius atoom 1
R2 = VdW radius atoom 2
Grafiek: Wanneer de afstand tussen de 2 deeltjes daalt, zal zowel de aantrekkingsenergie als de
afstotingsenergie toenemen, maar wel aan een verschillend ratio. In het begin overheerst de
aantrekkingsenergie maar nadien zal de afstotingsenergie zeer snel stijgen waardoor barrière
ontstaat. De totale interactie is som van aantrekkingsenergie en afstotingsenergie.
3) Waterstofbruggen
Intermoleculaire kracht tussen een elektronenpaar op een sterk elektronegatief atoom
(N,S,F) en een naburig H-atoom. Ze komen dus NIET enkel voor tussen watermoleculen!
waterstofatoom = donor, elektronegatief atoom = acceptor.
4) Zoutbruggen
Elektrostatische binding tussen 2 tegengestelde ladingen. Het is de meest sterke niet
covalente binding.
5) Hydrofobe interacties
Deze interacties komen voor bij groepen die geen interactie aangaan met water. De
drijvende kracht is het minimaliseren van het contactopp tss hydrofobe structuren en water.
Voorbeeld: vetten
Vetten zijn apolair en willen geen contact met water dus gaan met elkaar interageren
waardoor vetdruppel gevormd wordt.
Permanente en geïnduceerde dipolen
Dipolen hebben een ongelijke verdeling van ladingen, nettolading kan wel 0 zijn. Ze bezitten een
dipoolmoment, al dan niet gelijk aan nul.
creëren van een dipoolmoment afhankelijk van: de ongelijke verdeling van ladingen maar ook van de
structuur, geometrie!
voorbeeld: CO heeft 2 elektronen dichter gelegen naar het C-atoom maar C-atoom ligt
exact in het midden dus dipoolmomenten schakelen elkaar uit.
, Dipoolmoment = maat voor de polariteit van een molecule, wordt weergegeven als vector:
µ = 𝑞𝑥
Opm: kan ook som zijn van vectoren in een molecule!
Permanente dipolen: bezitten een permanente dipool
Geïnduceerde dipolen: bezitten een dipool, enkel in aanwezigheid van een elektrisch veld.
→ aromatische moleculen kunnen zeer eenvoudig
geïnduceerd worden want elektronen kunnen
eenvoudig verplaatsen
4. Belangrijke functionele groepen in biomoleculen
Naam Functionele groep Voorkomen
Methylgroep lipiden e.a.
Ethylgroep lipiden e.a.
Hydroxylgroep lipiden e.a.
Aldehyde:
Carbonylgroep
Aminozuren, eiwitten,
Keto: suikers, vetten
Carboxylgroep suikers
Primair amine Eiwitten, lipiden
Secundair amine Eiwitten, nucleïnezuren
tertiair amine Eiwitten
Hoofdstuk 1: Inleiding
1. Inleiding
Chemische elementen van levende materie
Voorbeelden van biomoleculen zijn suikers, eiwitten, nucleïnezuren en vetten. Ze zijn opgebouwd uit
verschillende chemische elementen:
Primaire elementen (94%) C,H,O belangrijke rol van water in biologische
processen, vorming covalente bindingen.
Secundaire elementen (9%) stikstof N
fosfor P energiemetabolisme en structuur NZ
zwavel S belangrijke component eiwitten
Ionen noodzakelijk voor de eiwitstructuur en de
katalytische werking van enzymen,
elektrolietenbalans.
Microbestanddelen Fe, Zn, I voorbeeld: Fe bindt aan actief centrum Hg
Spoorelementen. Mn, Cu, Co, komen sporadisch voor maar vervullen soms
F, Se essentiële functie.
3D structuur van eiwitten
Naast de primaire structuur van biomoleculen hebben ze ook een 3D structuur. Bij eiwitten is deze
3D structuur zeer belangrijk. Het enzym is zodanig gemaakt dat het substraat er juist in past = Lock-
Key model. Als de 3D structuur verloren gaat, is het enzym inactief.
Voorbeeld: Deel van de mutaties heeft geen effect op de functie van het biomoleculen want
de mutatie heeft geen effect op de 3D structuur.
De 3D structuren worden voorgesteld a.d.h.v. 2 modellen:
- Space filing: grootte van de bol reflecteert de ware grootte van het atoom, je kan duidelijk zien
hoeveel plaats het moleculen gaat innemen. Bindingen tss atomen minder zichtbaar.
- Ball&Stick model: alle bolletjes (atomen) zijn even groot, de balkjes zijn de bindingen. De bindingen
kunnen hier beter bestudeerd worden.
2. Covalente bindingen in biomoleculen
Bindingen worden onderverdeeld in covalente bindingen en niet-covalente interacties.
Covalente binding = een binding waarbij de atomen elektronen gaan delen. Opm: dit is geen ionaire
binding, hierbij is er een elektronentransfer van het ene atoom naar het andere!
In 1 biomolecule komen verschillende covalente bindingen voor. De sterkte van de binding ligt
meestal tussen 330-400 kJ/mol.
, Binding Structuur Voorkomen
Ether Membraanlipiden
Carboxyl ester Triglyceriden
Fosfaat ester Fosfo eiwitten
Fosfodiester Nucleïnezuren, fosfolipiden
Amide Polypeptiden
(opgebouwd uit AZ)
Thioester Acetyl-Co enzym A
Thioether Methione
3. Niet-covalente interacties
Niet-covalente interacties zijn individueel zwak maar de som van alle aanwezige niet-covalente
interacties kan erg groot zijn. Hierdoor zorgen ze voor de stabiliteit en de flexibiliteit van het
macromolecule.
Voorbeeld: DNA moet kunnen ontrollen voor celdeling.
Soorten niet-covalente interacties
1) dipoolinteracties
Treden op bij moleculen met een ongelijke verdeling van hun ladingen, de nettolading kan
wel 0 zijn.
Hierbij kan het dipoolmoment berekend worden, dit is een maat voor de polariteit van het
molecule. µ = 𝑞𝑥 waarbij q = lading en x = afstand tss kernen
,2) Van der Waals krachten
Zwakke tot zeer zwakke krachten die optreden bij intermoleculaire reacties tussen neutrale
atomen wanneer deze naderen tot op een zeer dichte afstand.
Wanneer de elektronenwolken van de atomen te dicht bij
elkaar komen, overlappen ze en onstaat er een repulsie
met een kracht die proportioneel is met r-12.
Er wordt een soort muur gevormd waardoor atomen en
moleculen niet meer dichter kunnen komen bij elkaar.
De minimum afstand tussen 2 atomen die mogelijk is:
R1 + R2 waarbij R1 = VdW radius atoom 1
R2 = VdW radius atoom 2
Grafiek: Wanneer de afstand tussen de 2 deeltjes daalt, zal zowel de aantrekkingsenergie als de
afstotingsenergie toenemen, maar wel aan een verschillend ratio. In het begin overheerst de
aantrekkingsenergie maar nadien zal de afstotingsenergie zeer snel stijgen waardoor barrière
ontstaat. De totale interactie is som van aantrekkingsenergie en afstotingsenergie.
3) Waterstofbruggen
Intermoleculaire kracht tussen een elektronenpaar op een sterk elektronegatief atoom
(N,S,F) en een naburig H-atoom. Ze komen dus NIET enkel voor tussen watermoleculen!
waterstofatoom = donor, elektronegatief atoom = acceptor.
4) Zoutbruggen
Elektrostatische binding tussen 2 tegengestelde ladingen. Het is de meest sterke niet
covalente binding.
5) Hydrofobe interacties
Deze interacties komen voor bij groepen die geen interactie aangaan met water. De
drijvende kracht is het minimaliseren van het contactopp tss hydrofobe structuren en water.
Voorbeeld: vetten
Vetten zijn apolair en willen geen contact met water dus gaan met elkaar interageren
waardoor vetdruppel gevormd wordt.
Permanente en geïnduceerde dipolen
Dipolen hebben een ongelijke verdeling van ladingen, nettolading kan wel 0 zijn. Ze bezitten een
dipoolmoment, al dan niet gelijk aan nul.
creëren van een dipoolmoment afhankelijk van: de ongelijke verdeling van ladingen maar ook van de
structuur, geometrie!
voorbeeld: CO heeft 2 elektronen dichter gelegen naar het C-atoom maar C-atoom ligt
exact in het midden dus dipoolmomenten schakelen elkaar uit.
, Dipoolmoment = maat voor de polariteit van een molecule, wordt weergegeven als vector:
µ = 𝑞𝑥
Opm: kan ook som zijn van vectoren in een molecule!
Permanente dipolen: bezitten een permanente dipool
Geïnduceerde dipolen: bezitten een dipool, enkel in aanwezigheid van een elektrisch veld.
→ aromatische moleculen kunnen zeer eenvoudig
geïnduceerd worden want elektronen kunnen
eenvoudig verplaatsen
4. Belangrijke functionele groepen in biomoleculen
Naam Functionele groep Voorkomen
Methylgroep lipiden e.a.
Ethylgroep lipiden e.a.
Hydroxylgroep lipiden e.a.
Aldehyde:
Carbonylgroep
Aminozuren, eiwitten,
Keto: suikers, vetten
Carboxylgroep suikers
Primair amine Eiwitten, lipiden
Secundair amine Eiwitten, nucleïnezuren
tertiair amine Eiwitten
