Biochemie: samenvatting
Wat is biochemie?
Biochemie = interdisciplinaire wetenschap
(=> Een interdisciplinaire wetenschap haalt haar sterktes van vele wetenschappelijke velden, maar
draagt ook bij aan verschillende wetenschappelijke velden. )
• Wordt benut om biochemische studies te doen (vb. Biofysica geeft ons de mogelijkheden om
de structuur van de biomoleculen te bestuderen)
• Wisselwerking (vb. Microbiologie leveren micro-organismen en virussen die ideaal zijn om
de metabolische processen en reacties te bestuderen. Biochemie levert dan weer een beter
begrip over de interactie van micro-organismen en hun gastheer op moleculair niveau, om
infecties en de daaropvolgende ziektebeelden te begrijpen. …)
• Gebruiken biochemie en toepassen (vb. Medische wetenschappen zoeken continu
verklaringen voor ziektebeelden op moleculair niveau en gebruiken daarnaast biochemische
kennis om diagnoses te stellen (bloedanalyses = biochemie).
Biochemie = studie van de structuur & reacties van biomoleculen
• Enzymen en biologische katalyse
• Principes van levensbelangrijke reacties ifv chemische wetten
Biomoleculen:
Biomoleculen = alle levensvormen op aarde zijn primair opgebouwd uit dezelfde chemische
elementen, die elementen vormen bij al deze levensvormen dezelfde 4 moleculen
• De chemie van het leven is gelijkaardig voor alle organismen
C;H;N;O -> de 4 hoofdcomponenten van het leven
➢ H2O: belangrijkste component (mens: 60-70% water)
➢ C: ruggengraad van biomoleculen
➢ N en O: functionele groepen (reacties, chemische
activiteit, …)
,P;S: fundamentele elementen; specifieke doelen
(+zouten: Na, K, Cl, Mg, Ca: belangrijk voor osmose en zenuwprikkels maar niet belangrijk voor
biomoleculen)
• Alle andere elementen, metalen, komen in veel kleinere hoeveelheden voor en spelen vnl.
functies in het katalyseren van reacties:
• Essentiële elementen die in kleine hoeveelheden voorkomen: Co, Cu, Fe, Mn en Zn
• En dan zijn er elementen die voorkomen in sommige levensvormen, maar zeker niet in alle:
Al, As, B, Br, Cr, F, I, Ni, Se, Si,…
4 type biomoleculen:
1. Nucleïne zuren
(DNA/RNA)
Functies: Opslag, transmissie en expressie info Nucleïne zuren
2. Proteïnen of eiwitten
Enorme variatie aan structuur en functie
Functies:
o Structuur (collageen huid)
Proteïnen
o Enzym (reacties op gang zetten)
o Transport in EW (hemoglobine vervoert O2)
o Spiercontracties
o Bescherming tegen pathogenen (antilichamen)
o informatieoverdracht over lange afstand (hormonen en
cytokinen en hun bijbehorende receptoren op de cellen
→ de arbeiders van het organismen
3. Polysachariden/ koolhydraten
Functies:
o Energie opslag (zetmeel/glycogeen)
o Structurele component
4. Vetten
Hormonen worden gemaakt uit cholesterol, vitamine D, …
Functies:
➢ Steun: membraan
➢ Isolatie (vb vet bij een zeehond/ zenuwen)
➢ Energieopslag
,Water: de solvent van het leven
Belang van water:
➢ Leven heeft zich ontwikkeld in water
➢ Alle cellen van alle organismen is gevuld met water
o Gem. >70% van een organisme is water
• Interactie tussen biomoleculen en water is beslissend voor functionaliteit en structuur
Water is uniek:
➢ Elektronendichtheid is ongelijk verdeeld
o twee hoeken van het tetraëdrisch gebouwde molecuul zijn bezet
door vrije elektronenparen, de beide andere hoeken door H-
atomen. De H-O-H binding maakt dus een hoek
➢ Polair molecuul
➢ Hoog kookpunt
➢ Vorming van waterstofbruggen
o . Een waterstofbrug is een interactie tussen een waterstofatoom dat covalent
gebonden is met een waterstofbrugdonor (een atoom met sterke
elektronegativiteit (zoals O en N)) en een vrij elektronenpaar van de
waterstofbrugacceptorgroep.
o Waterstofbruggen zijn niet zo sterk als covalente binding dus zijn eenvoudig te
breken = water is een goed solvent)
➢ Unieke eigenschappen als vloeistof en oplosmiddel
Water als goed oplosmiddel
In het elektrische veld van kationen en anionen richten de waterdipolen zich overeenkomstig de
lading van het ion. Ze vormen hydraatmantel en schermen het centrale ion af van de andere ionen
met tegengestelde lading.
• Hoe meer polaire functionele groepen in een molecuul, des te beter is het in water
oplosbaar (hydrofiel).
= hydratatie
, Apolaire moleculen:
• Apolaire moleculen (zoals zuivere koolstofverbindingen) zijn hydrofobisch
en lossen niet (goed) op in water.
Als hydrofobe verbindingen toch in waterige omgevingen komen, zullen er
clathraten gevormd worden.
• De watermoleculen zullen rond deze hydrofobe componenten een zeer gestructureerde
kooi/rooster vormen (zoals de watermoleculen doen tijdens het vriesproces). Deze
toegenomen orde en structuur, veroorzaakt een daling in de entropie van de oplossing en is
daarom energetisch ongunstig (vereist energie). Hierdoor is de oplosbaarheid van hydrofobe
componenten zeer laag.
Dit verklaart ook waarom hydrofobe producten de neiging hebben om aggregaten te vormen in een
waterige oplossing. Het vraagt meer energie om hydrofobe componenten te omsluiten in
verschillende “kooien” dan beide te omsluiten in “kooi”, daardoor zullen hydrofobe componenten
klusteren in oplossing (oliedruppels in oplossing).
Amfipatische stoffen:
= Moleculen die polaire en apolaire groepen bevatten (zepen, fosfolipiden, galzouten, …)
BIOMOLECULEN:
• Macromoleculen met hydrofobe en hydrofiele delen
• Water vormt max. aantal H-bruggen
• Structuren worden bepaalt door de vorming
van hydrofobe cluster (=hydrofobe
interacties)
Watermoleculen prefereren de sterke H-bruggen die ze kunnen vormen met andere watermoleculen
maar ook met andere polaire delen in een moleculen. Indien de apolaire delen van een molecule
samengaan dan kan water nog meer van deze sterke bindingen aangaan met andere moleculen.
Apolaire gedeelten van een molecule worden daarom vaak in meer interne clusters samengebracht
zodanig dat ze uit het waterig milieu gebracht worden om water toe te laten meer H-bruggen te
vormen.
Hydrofobe interacties resulteren dus niet van het feit dat apolaire groepen krachten uitoefenen op
elkaar, maar eerder doordat water niet polaire groepen of moleculen uitsluit.
Eiwitten: de werkers van de cel
EW = multifunctioneel biomolecuul:
• Enzymatische katalyse
= ong elke reactie in het lichaam→Versnellen van de reactie 106
• Transport
o Transport in de cel: bv. Kinesin
o Transport doorheen het lichaam: hemoglobine en albumin
o Opslag: componenten die schadelijk kunnen zijn -> EW erop binden
▪ Vb. feritine gaat ijzer binden voor nieuwe hemoglobine
Wat is biochemie?
Biochemie = interdisciplinaire wetenschap
(=> Een interdisciplinaire wetenschap haalt haar sterktes van vele wetenschappelijke velden, maar
draagt ook bij aan verschillende wetenschappelijke velden. )
• Wordt benut om biochemische studies te doen (vb. Biofysica geeft ons de mogelijkheden om
de structuur van de biomoleculen te bestuderen)
• Wisselwerking (vb. Microbiologie leveren micro-organismen en virussen die ideaal zijn om
de metabolische processen en reacties te bestuderen. Biochemie levert dan weer een beter
begrip over de interactie van micro-organismen en hun gastheer op moleculair niveau, om
infecties en de daaropvolgende ziektebeelden te begrijpen. …)
• Gebruiken biochemie en toepassen (vb. Medische wetenschappen zoeken continu
verklaringen voor ziektebeelden op moleculair niveau en gebruiken daarnaast biochemische
kennis om diagnoses te stellen (bloedanalyses = biochemie).
Biochemie = studie van de structuur & reacties van biomoleculen
• Enzymen en biologische katalyse
• Principes van levensbelangrijke reacties ifv chemische wetten
Biomoleculen:
Biomoleculen = alle levensvormen op aarde zijn primair opgebouwd uit dezelfde chemische
elementen, die elementen vormen bij al deze levensvormen dezelfde 4 moleculen
• De chemie van het leven is gelijkaardig voor alle organismen
C;H;N;O -> de 4 hoofdcomponenten van het leven
➢ H2O: belangrijkste component (mens: 60-70% water)
➢ C: ruggengraad van biomoleculen
➢ N en O: functionele groepen (reacties, chemische
activiteit, …)
,P;S: fundamentele elementen; specifieke doelen
(+zouten: Na, K, Cl, Mg, Ca: belangrijk voor osmose en zenuwprikkels maar niet belangrijk voor
biomoleculen)
• Alle andere elementen, metalen, komen in veel kleinere hoeveelheden voor en spelen vnl.
functies in het katalyseren van reacties:
• Essentiële elementen die in kleine hoeveelheden voorkomen: Co, Cu, Fe, Mn en Zn
• En dan zijn er elementen die voorkomen in sommige levensvormen, maar zeker niet in alle:
Al, As, B, Br, Cr, F, I, Ni, Se, Si,…
4 type biomoleculen:
1. Nucleïne zuren
(DNA/RNA)
Functies: Opslag, transmissie en expressie info Nucleïne zuren
2. Proteïnen of eiwitten
Enorme variatie aan structuur en functie
Functies:
o Structuur (collageen huid)
Proteïnen
o Enzym (reacties op gang zetten)
o Transport in EW (hemoglobine vervoert O2)
o Spiercontracties
o Bescherming tegen pathogenen (antilichamen)
o informatieoverdracht over lange afstand (hormonen en
cytokinen en hun bijbehorende receptoren op de cellen
→ de arbeiders van het organismen
3. Polysachariden/ koolhydraten
Functies:
o Energie opslag (zetmeel/glycogeen)
o Structurele component
4. Vetten
Hormonen worden gemaakt uit cholesterol, vitamine D, …
Functies:
➢ Steun: membraan
➢ Isolatie (vb vet bij een zeehond/ zenuwen)
➢ Energieopslag
,Water: de solvent van het leven
Belang van water:
➢ Leven heeft zich ontwikkeld in water
➢ Alle cellen van alle organismen is gevuld met water
o Gem. >70% van een organisme is water
• Interactie tussen biomoleculen en water is beslissend voor functionaliteit en structuur
Water is uniek:
➢ Elektronendichtheid is ongelijk verdeeld
o twee hoeken van het tetraëdrisch gebouwde molecuul zijn bezet
door vrije elektronenparen, de beide andere hoeken door H-
atomen. De H-O-H binding maakt dus een hoek
➢ Polair molecuul
➢ Hoog kookpunt
➢ Vorming van waterstofbruggen
o . Een waterstofbrug is een interactie tussen een waterstofatoom dat covalent
gebonden is met een waterstofbrugdonor (een atoom met sterke
elektronegativiteit (zoals O en N)) en een vrij elektronenpaar van de
waterstofbrugacceptorgroep.
o Waterstofbruggen zijn niet zo sterk als covalente binding dus zijn eenvoudig te
breken = water is een goed solvent)
➢ Unieke eigenschappen als vloeistof en oplosmiddel
Water als goed oplosmiddel
In het elektrische veld van kationen en anionen richten de waterdipolen zich overeenkomstig de
lading van het ion. Ze vormen hydraatmantel en schermen het centrale ion af van de andere ionen
met tegengestelde lading.
• Hoe meer polaire functionele groepen in een molecuul, des te beter is het in water
oplosbaar (hydrofiel).
= hydratatie
, Apolaire moleculen:
• Apolaire moleculen (zoals zuivere koolstofverbindingen) zijn hydrofobisch
en lossen niet (goed) op in water.
Als hydrofobe verbindingen toch in waterige omgevingen komen, zullen er
clathraten gevormd worden.
• De watermoleculen zullen rond deze hydrofobe componenten een zeer gestructureerde
kooi/rooster vormen (zoals de watermoleculen doen tijdens het vriesproces). Deze
toegenomen orde en structuur, veroorzaakt een daling in de entropie van de oplossing en is
daarom energetisch ongunstig (vereist energie). Hierdoor is de oplosbaarheid van hydrofobe
componenten zeer laag.
Dit verklaart ook waarom hydrofobe producten de neiging hebben om aggregaten te vormen in een
waterige oplossing. Het vraagt meer energie om hydrofobe componenten te omsluiten in
verschillende “kooien” dan beide te omsluiten in “kooi”, daardoor zullen hydrofobe componenten
klusteren in oplossing (oliedruppels in oplossing).
Amfipatische stoffen:
= Moleculen die polaire en apolaire groepen bevatten (zepen, fosfolipiden, galzouten, …)
BIOMOLECULEN:
• Macromoleculen met hydrofobe en hydrofiele delen
• Water vormt max. aantal H-bruggen
• Structuren worden bepaalt door de vorming
van hydrofobe cluster (=hydrofobe
interacties)
Watermoleculen prefereren de sterke H-bruggen die ze kunnen vormen met andere watermoleculen
maar ook met andere polaire delen in een moleculen. Indien de apolaire delen van een molecule
samengaan dan kan water nog meer van deze sterke bindingen aangaan met andere moleculen.
Apolaire gedeelten van een molecule worden daarom vaak in meer interne clusters samengebracht
zodanig dat ze uit het waterig milieu gebracht worden om water toe te laten meer H-bruggen te
vormen.
Hydrofobe interacties resulteren dus niet van het feit dat apolaire groepen krachten uitoefenen op
elkaar, maar eerder doordat water niet polaire groepen of moleculen uitsluit.
Eiwitten: de werkers van de cel
EW = multifunctioneel biomolecuul:
• Enzymatische katalyse
= ong elke reactie in het lichaam→Versnellen van de reactie 106
• Transport
o Transport in de cel: bv. Kinesin
o Transport doorheen het lichaam: hemoglobine en albumin
o Opslag: componenten die schadelijk kunnen zijn -> EW erop binden
▪ Vb. feritine gaat ijzer binden voor nieuwe hemoglobine
