Hoofdstuk 02: Chemical Components of Cells
Chemische bindingen: Atomen
Belangrijke elementen:
Elementen koolstof (C), stikstof (N), zuurstof (O) en waterstof (H) komen grotendeels (99%) voor in het menselijk lichaam. Ook andere
elementen zoals natrium (Na), kalium (K), calcium (Ca), fosfor (P), magnesium (Mg), zwavel (S) en chloor (Cl) spelen een belangrijke rol in het
menselijk lichaam, maar komen minder vaak (1%) voor. Getal van Avogardo: 1 mol = 6 x 1023 moleculen
Rutherford-Bohr atoommodel:
Rutherford-Bohr atoommodel = model die het atoom beschrijft als een kern met elektronen die in vaste banen rondom bewegen. Atomen
vormen aantal bindingen tot de schil vol is. Aantal elektronen in de buitenste schil bepaalt hoe atomen met elkaar interacteren en verbinden
→ valentie-elektronen = elektronen in de buitenste schil van een atoom die betrokken zijn bij chemische bindingen en reacties.
Chemische bindingen: Covalente bindingen
Covalente bindingen = bindingen die ontstaan door het delen van elektronen.
• Apolair covalente binding:
o Elektronen bevinden zich halverwege de twee atomen → gelijk verdeeld
o Verschil Elektro-negativiteit: lager dan 0,5
o Voorbeeld: Binding tussen C en H
• Polair covalente binding:
o Elektronen niet gelijkmatig verdeeld → partiële ladingen
o Verschil Elektro-negativiteit: tussen 0,5 en 1,6
o Voorbeeld: Binding tussen O en H
Enkel- en meervoudige bindingen:
• Enkelvoudige bindingen → rotatievrijheid
o Voorbeeld: H2O, NH3, CH4
• Meervoudige bindingen → rotatiebeperking
o Voorbeeld: CO2 (dubbel), N2 (drievoudig)
Resonante structuren = alternatieve vormen van een molecuul waarin de elektronenverdeling varieert, voornamelijk bij moleculen met dubbele
bindingen → structuren zijn stabieler.
Covalente bindingen: sterk genoeg om omstandigheden in cellen te overleven
Sterkte van binding = hoeveelheid energie nodig om binding te verbreken in kcal/mol of in kJ/mol. 1 kcal = 4,2 kJ = 1 L water 1 °C opwarmen.
Thermische energie (energie uit botsingen) is veel lager dan energie nodig om covalente binding te verbreken → covalente bindingen zijn sterk
genoeg om dynamische omgeving binnen cellen te overleven.
Chemische bindingen: ion-bindingen
Ion-bindingen = bindingen die ontstaan door overdracht van elektronen (elektro-negativiteit ≥ 1,6).
• Kation = positieve ion in ion-binding
• Anion = negatieve ion in ion-binding
Zouten oplossen → polaire watermoleculen omringen de ionen → ion-bindingen zwakker in water.
Chemische bindingen: zwakke bindingen
• Waterstofbruggen:
o Zwakke chemische binding tussen H-atoom, gebonden aan sterk elektronegatief atoom, en ander elektronegatief atoom, zoals O of N
o Temperatuur-gevoelig en kort-levend.
o Sterkst wanneer de drie atomen op één lijn liggen en sterke neemt af in aanwezigheid van water
o VB in macromoleculen: basenpaar-paring in DNA, tussen aminozuren in eiwitvouwing
• Elektrostatische interacties:
o Aantrekkings- of afstotingskracht tussen elektrisch geladen deeltjes of moleculen
o Deeltjes geheel geladen (ion-bindingen) of partieel geladen (polaire moleculen)
o Toename afstand → afname kracht van interactie
o VB in macromoleculen: enzym-substraat interacties
1|Page
, Chemische bindingen: zwakke bindingen
• Van der Waals krachten:
o Zwakke, kortdurende aantrekkingskrachten tussen moleculen, veroorzaakt door tijdelijke verdelingen van elektrische lading
o Non-covalente en niet-elektrostatische interacties
o Sterkte van interactie niet beïnvloed door aanwezigheid van water
o VB in macromoleculen: biomoleculen
Zuren en basen:
Zuren geven H+ af en basen nemen H+ op. pH is een maat voor de concentratie waterstofionen [H+] in een oplossing, die bepaalt of de
oplossing zuur, neutraal of basisch is. pH-waarden variëren van 0 tot 14. Formules: pH = – log ([H+]) en [H+] = 10-pH
• Zure oplossingen → pH lager dan 7.
• Neutrale oplossingen → pH van 7.
• Basische oplossingen → pH hoger dan 7.
Kleine moleculen: Algemeen
Cellen bevatten vier grote families van kleine organische moleculen:
Kleine organische bouwstenen van de cel Grotere organische bouwstenen van de cel
Suikers Polysacchariden en oligosacchariden
Vetzuren Vetten en membraanlipiden
Aminozuren Eiwitten
Nucleotiden Nucleïnezuren
Kleine moleculen: Suikers
Suikers zijn zowel energiebronnen als subeenheden van polysachariden
Monosacchariden:
Monosacchariden = simpelste koolhydraten met formule (CH2O)n. C1 is het eerste C-atoom aan de
kant van C=O.
• Aldosen → monosacchariden met aldehyde (-R-CHO) groep (bv: fructose)
• Ketosen → monosacchariden met ketose (-R-C(=O)-R-) groep (bv: glucose en ribose)
Monosacchariden vormen ringstructuur in waterige oplossingen:
• α-positie → OH-groep van C1 is ONDER de ring in D-suikers
• β-positie → OH-groep van C1 is BOVEN de ring in D-suikers
Isomeren = moleculen met dezelfde molecuulformule, maar andere opstellingen van groepen.
Suiker-derivaten = suikers met een vervanging van een hydroxyl-groep meteen andere groep
• Gluconzuur → hydroxyl-groep vervangen met carboxyl-groep
• Glucosamine → hydroxyl-groep vervangen met amino-groep
• N-acetylglucosamine → hydroxyl-groep vervangen met NH-C(=O)-CH3
Disacchariden:
Disacchariden = koolhydraat bestaande uit twee monosacchariden verbonden door O-glycoside binding.
• Vorming disacchariden (energetisch ongunstig): twee monosacchariden → condensation (water ontstaat) → disaccharide
• Afbraak disacchariden (energetisch gunstig): disaccharide → hydrolyse (water verdwijnt) → twee monosacchariden
Er zijn enkele bekende dissachariden:
• Maltose = glucose + glucose
• Lactose = galactose + glucose
• Sucrose = glucose + fructose
2|Page
Chemische bindingen: Atomen
Belangrijke elementen:
Elementen koolstof (C), stikstof (N), zuurstof (O) en waterstof (H) komen grotendeels (99%) voor in het menselijk lichaam. Ook andere
elementen zoals natrium (Na), kalium (K), calcium (Ca), fosfor (P), magnesium (Mg), zwavel (S) en chloor (Cl) spelen een belangrijke rol in het
menselijk lichaam, maar komen minder vaak (1%) voor. Getal van Avogardo: 1 mol = 6 x 1023 moleculen
Rutherford-Bohr atoommodel:
Rutherford-Bohr atoommodel = model die het atoom beschrijft als een kern met elektronen die in vaste banen rondom bewegen. Atomen
vormen aantal bindingen tot de schil vol is. Aantal elektronen in de buitenste schil bepaalt hoe atomen met elkaar interacteren en verbinden
→ valentie-elektronen = elektronen in de buitenste schil van een atoom die betrokken zijn bij chemische bindingen en reacties.
Chemische bindingen: Covalente bindingen
Covalente bindingen = bindingen die ontstaan door het delen van elektronen.
• Apolair covalente binding:
o Elektronen bevinden zich halverwege de twee atomen → gelijk verdeeld
o Verschil Elektro-negativiteit: lager dan 0,5
o Voorbeeld: Binding tussen C en H
• Polair covalente binding:
o Elektronen niet gelijkmatig verdeeld → partiële ladingen
o Verschil Elektro-negativiteit: tussen 0,5 en 1,6
o Voorbeeld: Binding tussen O en H
Enkel- en meervoudige bindingen:
• Enkelvoudige bindingen → rotatievrijheid
o Voorbeeld: H2O, NH3, CH4
• Meervoudige bindingen → rotatiebeperking
o Voorbeeld: CO2 (dubbel), N2 (drievoudig)
Resonante structuren = alternatieve vormen van een molecuul waarin de elektronenverdeling varieert, voornamelijk bij moleculen met dubbele
bindingen → structuren zijn stabieler.
Covalente bindingen: sterk genoeg om omstandigheden in cellen te overleven
Sterkte van binding = hoeveelheid energie nodig om binding te verbreken in kcal/mol of in kJ/mol. 1 kcal = 4,2 kJ = 1 L water 1 °C opwarmen.
Thermische energie (energie uit botsingen) is veel lager dan energie nodig om covalente binding te verbreken → covalente bindingen zijn sterk
genoeg om dynamische omgeving binnen cellen te overleven.
Chemische bindingen: ion-bindingen
Ion-bindingen = bindingen die ontstaan door overdracht van elektronen (elektro-negativiteit ≥ 1,6).
• Kation = positieve ion in ion-binding
• Anion = negatieve ion in ion-binding
Zouten oplossen → polaire watermoleculen omringen de ionen → ion-bindingen zwakker in water.
Chemische bindingen: zwakke bindingen
• Waterstofbruggen:
o Zwakke chemische binding tussen H-atoom, gebonden aan sterk elektronegatief atoom, en ander elektronegatief atoom, zoals O of N
o Temperatuur-gevoelig en kort-levend.
o Sterkst wanneer de drie atomen op één lijn liggen en sterke neemt af in aanwezigheid van water
o VB in macromoleculen: basenpaar-paring in DNA, tussen aminozuren in eiwitvouwing
• Elektrostatische interacties:
o Aantrekkings- of afstotingskracht tussen elektrisch geladen deeltjes of moleculen
o Deeltjes geheel geladen (ion-bindingen) of partieel geladen (polaire moleculen)
o Toename afstand → afname kracht van interactie
o VB in macromoleculen: enzym-substraat interacties
1|Page
, Chemische bindingen: zwakke bindingen
• Van der Waals krachten:
o Zwakke, kortdurende aantrekkingskrachten tussen moleculen, veroorzaakt door tijdelijke verdelingen van elektrische lading
o Non-covalente en niet-elektrostatische interacties
o Sterkte van interactie niet beïnvloed door aanwezigheid van water
o VB in macromoleculen: biomoleculen
Zuren en basen:
Zuren geven H+ af en basen nemen H+ op. pH is een maat voor de concentratie waterstofionen [H+] in een oplossing, die bepaalt of de
oplossing zuur, neutraal of basisch is. pH-waarden variëren van 0 tot 14. Formules: pH = – log ([H+]) en [H+] = 10-pH
• Zure oplossingen → pH lager dan 7.
• Neutrale oplossingen → pH van 7.
• Basische oplossingen → pH hoger dan 7.
Kleine moleculen: Algemeen
Cellen bevatten vier grote families van kleine organische moleculen:
Kleine organische bouwstenen van de cel Grotere organische bouwstenen van de cel
Suikers Polysacchariden en oligosacchariden
Vetzuren Vetten en membraanlipiden
Aminozuren Eiwitten
Nucleotiden Nucleïnezuren
Kleine moleculen: Suikers
Suikers zijn zowel energiebronnen als subeenheden van polysachariden
Monosacchariden:
Monosacchariden = simpelste koolhydraten met formule (CH2O)n. C1 is het eerste C-atoom aan de
kant van C=O.
• Aldosen → monosacchariden met aldehyde (-R-CHO) groep (bv: fructose)
• Ketosen → monosacchariden met ketose (-R-C(=O)-R-) groep (bv: glucose en ribose)
Monosacchariden vormen ringstructuur in waterige oplossingen:
• α-positie → OH-groep van C1 is ONDER de ring in D-suikers
• β-positie → OH-groep van C1 is BOVEN de ring in D-suikers
Isomeren = moleculen met dezelfde molecuulformule, maar andere opstellingen van groepen.
Suiker-derivaten = suikers met een vervanging van een hydroxyl-groep meteen andere groep
• Gluconzuur → hydroxyl-groep vervangen met carboxyl-groep
• Glucosamine → hydroxyl-groep vervangen met amino-groep
• N-acetylglucosamine → hydroxyl-groep vervangen met NH-C(=O)-CH3
Disacchariden:
Disacchariden = koolhydraat bestaande uit twee monosacchariden verbonden door O-glycoside binding.
• Vorming disacchariden (energetisch ongunstig): twee monosacchariden → condensation (water ontstaat) → disaccharide
• Afbraak disacchariden (energetisch gunstig): disaccharide → hydrolyse (water verdwijnt) → twee monosacchariden
Er zijn enkele bekende dissachariden:
• Maltose = glucose + glucose
• Lactose = galactose + glucose
• Sucrose = glucose + fructose
2|Page
