samenvatting inleiding tot biochemische processen 1ste Bach REVAKI

Inleiding
1. Biomoleculen zijn organische (macro)moleculen
 Suikers, vitaminen, hormonen, eiwitten, nucleïnezuren
 Als hoofdelementen koolstof en waterstof, ook zuurstof, stikstof, zwavel, fosfor
 interactie v chemische aard
- covalente chemische bindingen (macromoleculen)
- niet-covalent interacties/ zwakke krachten tssn chemische groepen

2. overzicht vd 3 biopolymeren: eiwitten,
nucleïnezuren & polysacchariden
Eiwitten, nucleïnezuren, polysacchariden:
 biopolymeren = macromoleculen opgebouwd door covalent op elkaar binden v monomeren
- homobiopolymeren= bestaan uit 1 type monomeer
- heterobiopolymeren= bestaan uit covalente koppeling v verschillende monomere
eenheden (eiwitten & nucleïnezuren)
 Eiwitten= polypeptideketens bestaande uit aminozuren
 Monosacchariden= suikers (glucose, fructose)
 Disacchariden= suikermoleculen op elkaar covalent
binden (maltose, lactose)
 Polysacchariden= honderden suikermoleculen covalent
op elkaar gekoppeld (glycogeen)

1

,  Nucleïnezuren (DNA & RNA)= uit 2 lange ketens
 elke keten opgebouwd uit covalent op elkaar gebonden = nucleotiden
 vetten/lipiden= kleinere moleculen via zwakke (niet-covalente) krachten
 geen polymeren

3. belang v niet-covalente aantrekkingskrachten
(zwakke krachten) id structuur, stabiliteit &
functie v biomoleculen
functie v biopolymeren: steunt op niet-covalente zwakke elektrostatisch aantrekkingskrachten tssn
delen v grote moleculen
 rol in eiwit:
- stabilisatie vd vorm & structuur
- in communicatie met andere biomoleculen => functie
 moleculaire herkenning= eiwitten vormen complexen met andere moleculen door vormen v
zwakke aantrekkingskrachten
 laat op efficiënte & specifieke wijze interacties toe tssn biologische moleculen in & buiten
 eiwitten interageren met andere eiwitten, ionen, vitamen, DNA-moleculen
 steunt op aanwezigheid v functionele groepen met eigenschappen op opperlvak vh
biomoleculen
 vormt basis v skeleteiwit: herkennen eiwit op menselijke cellen => cel binnendringen
(infectie)
 vb: interactie v insuline met insulinereceptor: cellen aanzetten om glucosemoleculen op te
nemen bij te hoge glucoseconcentratie ih bloed
 functionele groepen: elkaar via niet-covalente krachten aantrekken => contact toelaten

4. functionele groepen & hun eigenschappen:
overzicht
biomoleculen: koolstofskelet (= alkylketen) & functionele groepen
 methyl-, ethyl-, propylgroep
 vertakte koolstofketen
 koolstofringen
 veschil tussen:
Carbonylfunctie (keton of aldyhydefuntie) Carboxylfunctie R-COOH (carbonzuren)
 R-CO-R  zwake zure eigenschappenn
 corresponderende base= negatief
geladen carboxylaation R-COO-
Aminefunctie -NH2 Amidefunctie -CONH2
 zwak basische functie  geen base: neemt geen waterstofkation
+
 zure vorm= positef geladen -NH3 H+ op
 polair  polair
 chemische reactiviteit tssn functionele groepen:
- ester (R-COO-R) vormt zich bij reactie tssn carboxyl-funcite & hydroxylfunctie
- amide vormt zich bij reactie tssn aminefunctie & geactiveerde carboxylfunctie
 door reactie met water hydrolyseren
 polair= hydrofiel/ waterminnend
 assymetrische ladingsverdeling (𝛓+ & 𝛓-)
 apolair= hydrofoob/ watervrezend
 amfifiel= molecule die zowel polair als apolair zijn
 zwak zuur/ basisch karakter vd functionele groepen
 afh. v pKa-waarde vd zure functie id functionele groepen & pH

2

,  negatief, niet-geladen of positief geladen kù zijn
 mate waarin functionele groepen met andere functionele groepen zwakke
aantrekkingskrachten kù aangaan
 acylketen: vr koolstofketen met eindstandige carbonylgroep R-CO
 acetylketen: R-groep ie acylgroep= methylgroep CH 3-CO
TABEL P12 KENNEN!

Fosfaatgroep: zuur => H+ afstaan


1. Niet-covalente krachten tssn
biomoleculen
Verschillende types niet-covalente krachten (intermoleculaire aantrekkingskrachten) bepaald door
polair/apolair karakter.
 Aantrekkingskrachten tssn functionele groepen
 H-brug houden watermoleculen samen in vloeibaar water
 Op verschillende wijze beïnvloed door aanwezig watermoleculen
Belangrijkste niet-covalente aantrekkingskrachten:
 Tssn geladen/polaire groepen
- Ionaire/elektrostatische aantrekking
- Dipoolinteracties/dipool-dipoolkrachten
- Waterstofbrugvorming
 Tssn apolaire groepen: londonkrachten/van der Waals krachten

1.1. Ionaire aantrekking (zoutbrug) & dipool-
dipoolkracht
Anion id buurt v kation: oefenen elektrostatische aantrekkingskracht op elkaar uit
 Sterkte gegeven door wet v Coulomb
 Kracht F ∼ met ladingen v 2 groepen (q1q2)
= Omgekeerd ovenredig met kwadraat vd afstand r
tssn 2 groepen & met dielktriciteitsconstante D vd
omgeving waarin aantrekkingskracht wordt
uitgeoefend
 Elektrostische aantrekking tssn ionen= zoutbrug
 Gevormd in eiwitten tsn negatief geladen carboxylaat & positief geladen aminefunctie
Tssn polaire moleculen met partiële positieve/negatieve ladingen: elektrostatische aantrekking
 Dipoolinteractiekracht, dipool-dipoolkracht
 Zwakker dan tssn ionen (zoutbrug)

1.2. Waterstofbruggen
 Niet-covalente elektrostatische aantrekking tssn atomen met tegengesteld partiële ladingen:
watermoleculen trekken elkaar aan
 Tssn moleculen met geschikte functionele groepen waarin atomen sterk elektronegatief
karakter => aanwezigheid O- of N-atoom
 Tssn O-H en N-H groepen & elektronegatieve atomen N en O
 Waterstofdonor= functionele groep die 𝛓+ draagt + met H-gebonden op O/N
 Waterstofacceptor= functionele groep die 𝛓- draagt + oefent aantrekking uit op H-atoom v
andere functionele groep


3

,  Lineaire waterstofbruggen= sterkst
 Bij stabilisering v structuurelementen bij eiwitten
 Vormen basis vd verbindingen tssn complementaire basen v DNA/RNA

1.3. Londonkrachten
Tssn apolaire moleculen: elektrostatische aantrekking wnr voldoende dicht samenkomen
 Tijdelijke dipool in 1 apolaire molecule induceert dipool in 2 de molecule
 Ontstaan londonkrachten= zwakke aantrekking tssn apolaire moleculen
 Nog zwakker & meer afhankelijk vd onderlinge afstand tssn moleculen dan niet-covalente
aantrekkingskrachten tsssn polaire moleculen
 Ver v elkaar verwijderd=> aantekkingskracht sterk verminderen
 Optimale afstand vr maximale onderlinge aantrekking= som v der Waals radii vd
betrokken atomen ≈ 2x afstand vd covalente binding

1.4. Het effect v water op zwakke
aantrekkingsinteracties
Herhaling:
Water= polair
Watermoleculen:
 trekken elkaar sterk aan via H-brugvorming
 zuigt gemeenschappelijke elektronen nr zich toe => hogere elektronegativiteit
 ontstaat dipool  zuurstofatoom: partieel negatief & 2 waterstofatomen: partieel positief
 kan 2x als waterstofbrugdonor & 2x als waterstofbrugacceptor optreden
 ontstaat dynamische netwerk => waterstofbruggen tssn watermoleculen continue
uitwisselen
water= solvent vr polaire moleculen en ionen
 kleine ionen, polaire moleculen, geladen & functionele groepen v grotere moleculen
gehydrateerd
 watermoleculen via H-bruggen/dipool-dipoolkrachten in interactie => krijgen watermantel
 MAAR werkt competitief tegen niet-covalente interacties tssn geladen functionele groepen
 Zoutbruggen: vooral in watervrije omgeving
 Ionaire interactie & H-bruggen tssn biomoleculen: afgezwakt in water

1.5. Hydrofoob effect
 Apolaire verbindingen: moeilijk oplosbaar in water (vb: vetmoleculen)
Apolaire molecule in waterige oplossing
 energetisch ongunstig: waterstofbrugnetwerk ster verstoord
 watermoleculen rond hydrofobe moleculen gefixeerd & meer orde gecreëerd
 associatie die ontstaat tssn hydrofobe moleculen in water=> treedt spontaan op

1.6. veel zwakke krachten samen maken een sterk
geheel: het waarom v zwakke krachten
1) veel zwakke krachten maken 1 sterk geheel
 niet-covalente (zwakke) interacties= niet voldoende om grote moleculen bij elkaar te houden
 individuele zwakke krachten dragen energetisch weinig bij tot stabiliteit
 tssn contactoppervlak v DNA & eiwitten: veel zwakke aantrekkkingen
 som vd individuele energeibijdragen => voldoende stabiliteit
 cooperativiteit= aantrekking treedt op tssn deel v chemische groepen => andere groepen
dicht genoeg bij elkaar brengen om attractie op elkaar uit te oefenen


4