1e bachelor biomedische wetenschappen
2021-2022 Biomoleculen en cellen
Partim biomoleculen
Hoorcolleges gegeven door Prof. Dr. Eva Geuens
,Inhoud
Hoofdstuk 1: Inleiding ................................................................................................................................................... 1
1.1 Inleiding ........................................................................................................................................................ 1
1.2 De chemische elementen van levende materie ............................................................................................ 1
1.3 Overzicht van covalente bindingen in biomoleculen .................................................................................... 1
1.4 Niet-covalente interacties in biomoleculen .................................................................................................. 1
1.4.1 Permanente en geïnduceerde dipool interacties .................................................................................. 1
1.4.2 Moleculaire afstoting bij extreem kleine afstanden: de van der Waals radius...................................... 2
1.5 Belangrijke functionele groepen ................................................................................................................... 2
1.6 Eigenschappen van water ............................................................................................................................. 3
1.6.1 Fysische eigenschappen van water ....................................................................................................... 3
1.6.2 Chemische eigenschappen van water ................................................................................................... 4
Hoofdstuk 2: Aminozuren en eiwitten .......................................................................................................................... 5
2.1 Primaire structuur van eiwitten: aminozuurstructuur .................................................................................. 5
2.1.1 Indeling van de aminozuren .................................................................................................................. 5
2.1.2 Essentiële aminozuren .......................................................................................................................... 6
2.1.3 Zuur-base eigenschappen van aminozuren .......................................................................................... 6
2.2 Stereochemie ................................................................................................................................................ 7
2.3 Chemische modificaties van aminozuren ...................................................................................................... 7
2.4 Peptidebindingen .......................................................................................................................................... 7
2.5 Interacties van aminozuren........................................................................................................................... 8
2.6 Secundaire structuur van een eiwit .............................................................................................................. 8
2.6.1 De 𝛼-helix .............................................................................................................................................. 8
2.6.2 De 𝛽-sheet ............................................................................................................................................ 9
2.6.3 Variaties op de secundaire structuren: fibreuze eiwitten ..................................................................... 9
2.6.4 Niet-repetitieve secundaire structuren ............................................................................................... 10
2.7 Tertiaire structuur ....................................................................................................................................... 10
2.8 Quaternaire structuur ................................................................................................................................. 11
2.9 Opvouwen van eiwitten in vivo ................................................................................................................... 11
2.10 Post-translationele modificatie van eiwitten .............................................................................................. 11
2.11 Denaturatie van eiwitten ............................................................................................................................ 13
2.12 Voorbeeld van eiwitten ............................................................................................................................... 13
2.12.1 Myoglobine ......................................................................................................................................... 13
2.12.2 Hemoglobine ....................................................................................................................................... 13
2.12.3 Immuunglobinen ................................................................................................................................. 15
Hoofdstuk 3: Koolhydraten ......................................................................................................................................... 16
3.1 Inleiding ...................................................................................................................................................... 16
3.2 Monosachariden ......................................................................................................................................... 16
1
, 3.2.1 Classificatie van de aldosen................................................................................................................. 16
3.2.2 Systematiek van de aldosen ................................................................................................................ 16
3.2.3 Systematiek van de ketosen ................................................................................................................ 17
3.2.4 Enkele belangrijke monosachariden ................................................................................................... 17
3.3 Suikerderivaten ........................................................................................................................................... 17
3.4 Disachariden ............................................................................................................................................... 18
3.5 Polysachariden ............................................................................................................................................ 18
3.6 Glycoproteïnen ........................................................................................................................................... 19
3.7 Artificiële zoetstoffen .................................................................................................................................. 20
Hoofdstuk 4: Nucleïnezuren........................................................................................................................................ 21
4.1 Inleiding ...................................................................................................................................................... 21
4.2 Bouwstenen van DNA en RNA ..................................................................................................................... 21
4.2.1 Nucleotide: de bouwstenen van DNA en RNA .................................................................................... 21
4.2.2 Binding van nucleotiden ...................................................................................................................... 22
4.2.3 Nucleïnezuur derivaten: DNA methylatie ............................................................................................ 22
4.3 Secundaire structuren van DNA .................................................................................................................. 22
4.3.1 Dubbele helix: Watson Crick model .................................................................................................... 22
4.3.2 Andere ruimtelijke structuren van dubbelstrengig DNA ..................................................................... 22
4.3.3 Andere secundaire structuren van DNA.............................................................................................. 23
4.4 Hogere ruimtelijke structuren van DNA ...................................................................................................... 24
4.4.1 Supercoiled DNA ................................................................................................................................. 24
4.4.2 Structuur van het eukaryote chromosoom ......................................................................................... 24
4.4.3 Telomeren ........................................................................................................................................... 25
4.4.4 Klonen ................................................................................................................................................. 25
4.5 RNA: structuur en functie ........................................................................................................................... 25
4.5.1 Transcriptie is synthese van mRNA ..................................................................................................... 26
4.5.2 De genetische code ............................................................................................................................. 26
4.5.3 Translatie: tRNA en rRNA .................................................................................................................... 26
4.5.4 mRNA .................................................................................................................................................. 26
4.5.5 tRNA .................................................................................................................................................... 27
4.5.6 rRNA .................................................................................................................................................... 27
4.6 Andere structuren ....................................................................................................................................... 27
4.7 Uitgewerkt voorbeeld: virussen .................................................................................................................. 27
Hoofdstuk 5: Lipiden ................................................................................................................................................... 28
5.1 Classificatie van de lipiden .......................................................................................................................... 28
5.1.1 Vetzuren .............................................................................................................................................. 28
5.1.2 Triacylglycerols (triglyceriden) ............................................................................................................ 29
5.1.3 Glycerofosfolipiden ............................................................................................................................. 29
2
, 5.1.4 Sfingolipiden (glycolipiden) ................................................................................................................. 29
5.1.5 Steroïden ............................................................................................................................................. 30
5.1.6 Eicosanoïden ....................................................................................................................................... 30
5.1.7 Isopreenlipiden ................................................................................................................................... 30
5.2 Lipiden membranen .................................................................................................................................... 31
5.2.1 Micel vs membraan ............................................................................................................................. 31
5.2.2 Vloeibaarheid membranen ................................................................................................................. 31
5.2.3 Biologische membranen ..................................................................................................................... 31
5.3 Toepassingen: lipiden in ons dieet .............................................................................................................. 31
Hoofdstuk 6: Biomedisch dossier ................................................................................................................................ 32
6.1 Sikkelcelanemie........................................................................................................................................... 32
6.1.1 Definitie en voorkomen ...................................................................................................................... 32
6.1.2 Moleculaire basis van sikkelcelanemie................................................................................................ 32
6.1.3 Therapie en behandeling .................................................................................................................... 32
6.2 Prionen ........................................................................................................................................................ 32
6.2.1 BSE en andere prionenziekten ............................................................................................................ 32
6.2.2 Definitie............................................................................................................................................... 32
3
, Biomoleculen
Hoofdstuk 1: Inleiding
1.1 Inleiding
Alle eigenschappen vh leven worden bepaald door biomoleculen: voortplanting, groei, metabolisme…
Morfologie: macroscopische studie, microscopische studie, submicroscopische studie, macromoleculen
Biochemie: moleculen
Grootte van cellen tot atomen weergegeven in Å = angstrom (ongeveer binding tssn 2 koolstoffen)
Tijdschalen: zeer snel tot zeer traag
1.2 De chemische elementen van levende materie
Primaire elementen: C, H, O
Secundaire elementen: N, P, S, Cl, K, Ca, Mg
Microbestanddelen: Fe, Zn, I (micro-… maar wel heel belangrijk!)
Sporen: Mn, Cu, Co, F, Se (metalen)
3D-structuur heel belangrijk bij biochemische en fysiologische functie van een biomoleculen
o Space filling: atomen voorgesteld als bollen, die werkelijke ruimte voorstellen
o Ball & stick: atomen voorgesteld als bollen en bindingen als stick
1.3 Overzicht van covalente bindingen in biomoleculen
Veel verschillende interacties mogelijk bij biomoleculen
Covalente binding: binding waarbij atomen elektronen gaan delen
≠ ionaire binding (complete transfer van elektronen)
1.4 Niet-covalente interacties in biomoleculen
Groot effect op structuur
Individueel zwak, maar samengesteld zorgen ze voor stabiliteit
Individueel zwak → makkelijk te breken → flexibiliteit in structuur die
nodig is voor functie molecule
Belangrijkste interacties (niet-covalent)
o Dipool interacties
→ Bij moleculen met ongelijke verdeling van hun ladingen
o Van der Waals krachten
→ Zwakke krachten bij intermoleculaire interacties tssn neutrale atomen, wanneer deze dichtbij
naderen
o Waterstofbruggen
→ tssn elektronenpaar op sterk elektronegatief atoom (O, N, F) en een naburig H-atoom gebonden aan
ander sterk elektronegatief atoom (niet alleen tssn watermoleculen)
o Zoutbruggen
→ elektrostatische binding tssn 2 tegengesteld geladen atomen (meest sterke niet covalente binding)
→ atomen met dezelfde lading: geen zoutbrug, maar afstoting
o Hydrofobe reacties
→ bij groepen die geen interactie met water aangaan: contactopp zo klein mogelijk maken
1.4.1 Permanente en geïnduceerde dipool interacties
a. Permanente dipolen
Ongelijke verdeling van hun lading: 1 positiever dan andere
Nettolading kan 0 zijn, maar wel ongelijk verdeeld adhv polarisatie
Permanent dipoolmoment (µ): maat voor polariteit molecule
Aangeduid als vector met grootte: µ=qx (q: lading en x: afstand) of som vd vectoren van dipoolmomenten
van verschillende bindingen
b. Geïnduceerde dipolen
Niet polaire moleculen kunnen dipoolmoment krijgen door aanwezigheid elektrisch veld
1
Mayli Van Leuven – Fouten voorbehouden
, 1.4.2 Moleculaire afstoting bij extreem kleine afstanden: de van der Waals radius
Atomen weergegeven als elektronenwolken
Te dicht bij elkaar → afstoten kracht = r-12
Soort ‘muur’ ontstaat waardoor atomen en moleculen niet dichter tegen elkaar
kunnen komen dan een bepaalde minimumafstand
Van der Waals radius R: minimumafstand waarop 2 atomen kunnen naderen
1.5 Belangrijke functionele groepen
Naam Functionele groep Voorkomen
Methylgroep Lipiden ea
Ethylgroep Lipiden ea
Methyleengroep Lipiden ea
Hydroxylgroep Bijna alle biomoleculen
Carbonylgroep Aminozuren, eiwitten, suikers, vetten
Carboxylgroep Suikers
Primair amine Eiwitten, lipiden
Secundair amine Eiwitten, nucleïnezuren
Tertiair amine Eiwitten
Sulfaatgroep Verschillende biomoleculen
Fosfaatgroep Nucleïnezuren
Acylgroep Suikers
Hemiacetalgroep Cyclische vormen van monosachariden
Acetalgroep Disachariden
2
Mayli Van Leuven – Fouten voorbehouden
2021-2022 Biomoleculen en cellen
Partim biomoleculen
Hoorcolleges gegeven door Prof. Dr. Eva Geuens
,Inhoud
Hoofdstuk 1: Inleiding ................................................................................................................................................... 1
1.1 Inleiding ........................................................................................................................................................ 1
1.2 De chemische elementen van levende materie ............................................................................................ 1
1.3 Overzicht van covalente bindingen in biomoleculen .................................................................................... 1
1.4 Niet-covalente interacties in biomoleculen .................................................................................................. 1
1.4.1 Permanente en geïnduceerde dipool interacties .................................................................................. 1
1.4.2 Moleculaire afstoting bij extreem kleine afstanden: de van der Waals radius...................................... 2
1.5 Belangrijke functionele groepen ................................................................................................................... 2
1.6 Eigenschappen van water ............................................................................................................................. 3
1.6.1 Fysische eigenschappen van water ....................................................................................................... 3
1.6.2 Chemische eigenschappen van water ................................................................................................... 4
Hoofdstuk 2: Aminozuren en eiwitten .......................................................................................................................... 5
2.1 Primaire structuur van eiwitten: aminozuurstructuur .................................................................................. 5
2.1.1 Indeling van de aminozuren .................................................................................................................. 5
2.1.2 Essentiële aminozuren .......................................................................................................................... 6
2.1.3 Zuur-base eigenschappen van aminozuren .......................................................................................... 6
2.2 Stereochemie ................................................................................................................................................ 7
2.3 Chemische modificaties van aminozuren ...................................................................................................... 7
2.4 Peptidebindingen .......................................................................................................................................... 7
2.5 Interacties van aminozuren........................................................................................................................... 8
2.6 Secundaire structuur van een eiwit .............................................................................................................. 8
2.6.1 De 𝛼-helix .............................................................................................................................................. 8
2.6.2 De 𝛽-sheet ............................................................................................................................................ 9
2.6.3 Variaties op de secundaire structuren: fibreuze eiwitten ..................................................................... 9
2.6.4 Niet-repetitieve secundaire structuren ............................................................................................... 10
2.7 Tertiaire structuur ....................................................................................................................................... 10
2.8 Quaternaire structuur ................................................................................................................................. 11
2.9 Opvouwen van eiwitten in vivo ................................................................................................................... 11
2.10 Post-translationele modificatie van eiwitten .............................................................................................. 11
2.11 Denaturatie van eiwitten ............................................................................................................................ 13
2.12 Voorbeeld van eiwitten ............................................................................................................................... 13
2.12.1 Myoglobine ......................................................................................................................................... 13
2.12.2 Hemoglobine ....................................................................................................................................... 13
2.12.3 Immuunglobinen ................................................................................................................................. 15
Hoofdstuk 3: Koolhydraten ......................................................................................................................................... 16
3.1 Inleiding ...................................................................................................................................................... 16
3.2 Monosachariden ......................................................................................................................................... 16
1
, 3.2.1 Classificatie van de aldosen................................................................................................................. 16
3.2.2 Systematiek van de aldosen ................................................................................................................ 16
3.2.3 Systematiek van de ketosen ................................................................................................................ 17
3.2.4 Enkele belangrijke monosachariden ................................................................................................... 17
3.3 Suikerderivaten ........................................................................................................................................... 17
3.4 Disachariden ............................................................................................................................................... 18
3.5 Polysachariden ............................................................................................................................................ 18
3.6 Glycoproteïnen ........................................................................................................................................... 19
3.7 Artificiële zoetstoffen .................................................................................................................................. 20
Hoofdstuk 4: Nucleïnezuren........................................................................................................................................ 21
4.1 Inleiding ...................................................................................................................................................... 21
4.2 Bouwstenen van DNA en RNA ..................................................................................................................... 21
4.2.1 Nucleotide: de bouwstenen van DNA en RNA .................................................................................... 21
4.2.2 Binding van nucleotiden ...................................................................................................................... 22
4.2.3 Nucleïnezuur derivaten: DNA methylatie ............................................................................................ 22
4.3 Secundaire structuren van DNA .................................................................................................................. 22
4.3.1 Dubbele helix: Watson Crick model .................................................................................................... 22
4.3.2 Andere ruimtelijke structuren van dubbelstrengig DNA ..................................................................... 22
4.3.3 Andere secundaire structuren van DNA.............................................................................................. 23
4.4 Hogere ruimtelijke structuren van DNA ...................................................................................................... 24
4.4.1 Supercoiled DNA ................................................................................................................................. 24
4.4.2 Structuur van het eukaryote chromosoom ......................................................................................... 24
4.4.3 Telomeren ........................................................................................................................................... 25
4.4.4 Klonen ................................................................................................................................................. 25
4.5 RNA: structuur en functie ........................................................................................................................... 25
4.5.1 Transcriptie is synthese van mRNA ..................................................................................................... 26
4.5.2 De genetische code ............................................................................................................................. 26
4.5.3 Translatie: tRNA en rRNA .................................................................................................................... 26
4.5.4 mRNA .................................................................................................................................................. 26
4.5.5 tRNA .................................................................................................................................................... 27
4.5.6 rRNA .................................................................................................................................................... 27
4.6 Andere structuren ....................................................................................................................................... 27
4.7 Uitgewerkt voorbeeld: virussen .................................................................................................................. 27
Hoofdstuk 5: Lipiden ................................................................................................................................................... 28
5.1 Classificatie van de lipiden .......................................................................................................................... 28
5.1.1 Vetzuren .............................................................................................................................................. 28
5.1.2 Triacylglycerols (triglyceriden) ............................................................................................................ 29
5.1.3 Glycerofosfolipiden ............................................................................................................................. 29
2
, 5.1.4 Sfingolipiden (glycolipiden) ................................................................................................................. 29
5.1.5 Steroïden ............................................................................................................................................. 30
5.1.6 Eicosanoïden ....................................................................................................................................... 30
5.1.7 Isopreenlipiden ................................................................................................................................... 30
5.2 Lipiden membranen .................................................................................................................................... 31
5.2.1 Micel vs membraan ............................................................................................................................. 31
5.2.2 Vloeibaarheid membranen ................................................................................................................. 31
5.2.3 Biologische membranen ..................................................................................................................... 31
5.3 Toepassingen: lipiden in ons dieet .............................................................................................................. 31
Hoofdstuk 6: Biomedisch dossier ................................................................................................................................ 32
6.1 Sikkelcelanemie........................................................................................................................................... 32
6.1.1 Definitie en voorkomen ...................................................................................................................... 32
6.1.2 Moleculaire basis van sikkelcelanemie................................................................................................ 32
6.1.3 Therapie en behandeling .................................................................................................................... 32
6.2 Prionen ........................................................................................................................................................ 32
6.2.1 BSE en andere prionenziekten ............................................................................................................ 32
6.2.2 Definitie............................................................................................................................................... 32
3
, Biomoleculen
Hoofdstuk 1: Inleiding
1.1 Inleiding
Alle eigenschappen vh leven worden bepaald door biomoleculen: voortplanting, groei, metabolisme…
Morfologie: macroscopische studie, microscopische studie, submicroscopische studie, macromoleculen
Biochemie: moleculen
Grootte van cellen tot atomen weergegeven in Å = angstrom (ongeveer binding tssn 2 koolstoffen)
Tijdschalen: zeer snel tot zeer traag
1.2 De chemische elementen van levende materie
Primaire elementen: C, H, O
Secundaire elementen: N, P, S, Cl, K, Ca, Mg
Microbestanddelen: Fe, Zn, I (micro-… maar wel heel belangrijk!)
Sporen: Mn, Cu, Co, F, Se (metalen)
3D-structuur heel belangrijk bij biochemische en fysiologische functie van een biomoleculen
o Space filling: atomen voorgesteld als bollen, die werkelijke ruimte voorstellen
o Ball & stick: atomen voorgesteld als bollen en bindingen als stick
1.3 Overzicht van covalente bindingen in biomoleculen
Veel verschillende interacties mogelijk bij biomoleculen
Covalente binding: binding waarbij atomen elektronen gaan delen
≠ ionaire binding (complete transfer van elektronen)
1.4 Niet-covalente interacties in biomoleculen
Groot effect op structuur
Individueel zwak, maar samengesteld zorgen ze voor stabiliteit
Individueel zwak → makkelijk te breken → flexibiliteit in structuur die
nodig is voor functie molecule
Belangrijkste interacties (niet-covalent)
o Dipool interacties
→ Bij moleculen met ongelijke verdeling van hun ladingen
o Van der Waals krachten
→ Zwakke krachten bij intermoleculaire interacties tssn neutrale atomen, wanneer deze dichtbij
naderen
o Waterstofbruggen
→ tssn elektronenpaar op sterk elektronegatief atoom (O, N, F) en een naburig H-atoom gebonden aan
ander sterk elektronegatief atoom (niet alleen tssn watermoleculen)
o Zoutbruggen
→ elektrostatische binding tssn 2 tegengesteld geladen atomen (meest sterke niet covalente binding)
→ atomen met dezelfde lading: geen zoutbrug, maar afstoting
o Hydrofobe reacties
→ bij groepen die geen interactie met water aangaan: contactopp zo klein mogelijk maken
1.4.1 Permanente en geïnduceerde dipool interacties
a. Permanente dipolen
Ongelijke verdeling van hun lading: 1 positiever dan andere
Nettolading kan 0 zijn, maar wel ongelijk verdeeld adhv polarisatie
Permanent dipoolmoment (µ): maat voor polariteit molecule
Aangeduid als vector met grootte: µ=qx (q: lading en x: afstand) of som vd vectoren van dipoolmomenten
van verschillende bindingen
b. Geïnduceerde dipolen
Niet polaire moleculen kunnen dipoolmoment krijgen door aanwezigheid elektrisch veld
1
Mayli Van Leuven – Fouten voorbehouden
, 1.4.2 Moleculaire afstoting bij extreem kleine afstanden: de van der Waals radius
Atomen weergegeven als elektronenwolken
Te dicht bij elkaar → afstoten kracht = r-12
Soort ‘muur’ ontstaat waardoor atomen en moleculen niet dichter tegen elkaar
kunnen komen dan een bepaalde minimumafstand
Van der Waals radius R: minimumafstand waarop 2 atomen kunnen naderen
1.5 Belangrijke functionele groepen
Naam Functionele groep Voorkomen
Methylgroep Lipiden ea
Ethylgroep Lipiden ea
Methyleengroep Lipiden ea
Hydroxylgroep Bijna alle biomoleculen
Carbonylgroep Aminozuren, eiwitten, suikers, vetten
Carboxylgroep Suikers
Primair amine Eiwitten, lipiden
Secundair amine Eiwitten, nucleïnezuren
Tertiair amine Eiwitten
Sulfaatgroep Verschillende biomoleculen
Fosfaatgroep Nucleïnezuren
Acylgroep Suikers
Hemiacetalgroep Cyclische vormen van monosachariden
Acetalgroep Disachariden
2
Mayli Van Leuven – Fouten voorbehouden
