SAMENVATTING INLEIDING TOT DE BIOCHEMISCHE
PROCESSEN
INLEIDING
BIOMOLECULEN ZIJN ORGANISCHE MACROMOLECULEN:
Biochemie = bestuderen van de ‘moleculen van het leven/biomoleculen’
Biomoleculen zitten in ons dagelijks leven
- In onze voeding
- Energiebron (suikers, eiwitten, vetten)
- Hormonen
- Bij infecties: onze verdedigings – eiwitten, de antilichamen
Biomoleculen verwant met organische moleculen:
- Hoofdelementen: C en H
- Ook P, N, S en O
Hoe chemische structuur van biomoleculen voorstellen?
- Vereenvoudigde skeletnotatie
- Verkorte structuurformules
Figuur 1: voorbeeld biomolecule in
skeletnotatie
Hoe werken biomoleculen?
- Functie hangt samen met hun speciale 3D structuur
- Ze vormen complexen met andere moleculen voor functie uit te voeren
- Interacties met andere moleculen (covalent, niet-covalent, zwakke krachten)
OVERZICHT VIER HOOFDTYPES VAN BIOMOLECULEN:
EIWITTEN, NUCLEÏNEZUREN, LIPIDEN EN POLYSACHARIDEN.
Biopolymeren = macromoleculen opgebouwd door covalent gebonden stabiele monomeren.
Homobiopolymeren bestaan uit 1 type monomeer
Heteropolymeren: verschillende monomeren bouwstenen. Vb. eiwitten en nucleïnezuren
- Monosachariden: moleculen die we kennen als eenvoudige suikers
kleine bouwstenen van grotere moleculen: polysachariden
deze suikerpolymeren bevinden zich in onze voeding. Vb. Glucose en Fructose
- Eiwitten of proteïnen: bestaan uit verschillende aminozuren
Zijn covalent aan elkaar gekoppeld tot lange keten = polypeptideketen
Vb. myoglobine bestaat uit 150 aminozuren en is een essentieel eiwit
- Nucleïnezuren: DNA, RNA of ATP
Bouwstenen in ons erfelijk materiaal en ATP is ook van groot belang als energiedrager
- Vetten of lipiden: een gamma van kleinere moleculen maar essentieel als energiebron
Vormen via zwakke (niet – covalente) krachten complexe structuren zoals ons celmembraan
,FUNCTIONELE GROEPEN EN HUN EIGENSCHAPPEN:
Door het sterke EN karakter van atomen zoals O, N zijn covalente bindingen in de functionele groepen
gepolariseerd.
Hierdoor zijn de functionele groepen polair, hun aanwezigheid voorziet de biomoleculen van polaire
eigenschappen.
,BELANG VAN NIET-COVALENTE AANTREKKINGSKRACHTEN
Rol van zwakke krachten in de stabiliteit van biomoleculen
- Covalente bindingen tussen monomeren zijn essentieel = stabiel
Maar vb. DNA: dubbelhelix gevormd door H – bruggen om op complexe wijze te kunnen
worden opgevouwen door eiwit myglobine: door zwakke elektrostatische aantrekkingen.
- De uiteindelijke vorm en functie van biomoleculen hangen niet alleen af van die sterke
bindingen.
Ze worden vooral bepaald door zwakke, niet-covalente krachten, zoals waterstofbruggen en
andere zwakke elektrostatische aantrekkingen.
Rol van zwakke krachten in communicatie tussen biomoleculen
- Eiwitten vormen complexen met andere moleculen door het vormen van tal van zwakke
aantrekkingskrachten: moleculaire herkenning
- Dit laat efficiënte en specifieke interactie toe tussen biologische moleculen
ZWAKKE KRACHTEN TUSSEN BIOMOLECULEN
Tussen moleculen zijn er interacties, vaak aan de hand of zwakke niet-covalente aantrekkingskrachten.
men noemt dit ook wel elektrostatisch omdat het gaat over aantrekking tussen (partiële) ladingen.
1. Zoutbrug = ionbinding
- Tussen polaire functionele groepen
- Neg geladen functionele groep (anion) in de buurt van pos geladen functionele groep (kation)
Gevolg is een elektronische aantrekkingskracht (wet van coulomb)
- Zoutbruggen spelen belangrijke rol in biochemie: bij eiwitopvouwing, of werking van
biokatalysatoren
2. Dipool – dipoolkracht
- Tussen polaire functionele groepen
- Met partieel positieve landing of partieel negatieve lading
Ontstaat ook elektrostatische aantrekkingskracht = Keesomkracht
Zwakkere kracht dan zoutbrug omdat partiële ladingen ‘zwakker’ zijn dan ionen
3. Waterstofbrugvorming
- Tussen polaire functionele groepen
- Niet – covalente aantrekking van watermoleculen
- Ook tussen functionele groepen waar atomen sterke EN – waarde hebben
- Partiële ladingen tussen Functionele groepen
Elektrostatische aantrekkingskrachten
- Men noemt de 2 partners bij deze aantrekking: waterstofdonor (+) en waterstofacceptor (-)
- Lineaire waterstofbruggen zijn het sterkste
4. Londonkrachten (dispersiekrachten)
- Tussen apolaire functionele groepen enige vorm van onderlinge aantrekking voor apolaire
moleculen
- Erg zwakke kracht
- Een tijdelijk dipool induceert een dipoolmoment in de 2e molecule.
- Resulteert in zwakke aantrekkingskracht tussen apolaire moleculen = Van der Waals kracht
Wat hebben zwakke krachten dan van nut als ze toch maar zwak zijn?
Antwoord: vele zwakke krachten samen vormen 1 grote kracht
, EFFECT VAN WATER OP DE ZWAKKE AANTREKKINGSKRACHTEN
WATER H2O
Door de hoge elektro-negativiteit van het zuurstofatoom zuigt dit de gemeenschappelijke elektronen in
de covalente binding met de waterstofatomen naar zich toe. Door gebogen geometrie zorgt dit voor een
polaire molecule.
Er ontstaat een permanente dipool waarbij het zuurstofatoom en de 2 waterstofatomen respectievelijk
een partieel negatieve en een partieel positieve lading krijgen. Dipoolmoment!
Zo trekken waterstofmoleculen elkaar aan via waterstofbruggen.
Iedere waterstofmolecule kan 2 maal als waterstofdonor
en 2 maal als waterstofacceptor optreden.
- Water is een excellent solvent voor polaire moleculen en ionen
- In waterige oplossing zullen kleine ionen en polaire moleculen gehydrateerd worden
ze krijgen een watermantel.
- Water is ook competatief bij niet covalente interacties tussen functionele groepen:
door de watermantel worden partiële ladingen van biomoleculen afgeschermd en is die
minder beschikbaar voor interactie dus worden ze afgezwakt in water.
- Zoutbruggen komen bijgevolg vooral voor in watervrije omgevingen in biomoleculen.
Vb. binnen in een opgevouwen eiwit
Hydrofoob Effect:
Ook apolaire verbindingen zijn moeilijk oplosbaar in water.
Vetmoleculen en bepaalde vitamines zijn hydrofoob
Apolaire moleculen in een waterige oplossing is energetisch ongunstig omdat het waterbrug – netwerk
verstoord wordt. Hydrofobe deeltjes zorgen ervoor dat watermoleculen rond deze deeltjes gefixeerd
worden.
De entropie S daalt en bijgevolg stijgt de vrije energie van het systeem = ongunstig.
Dit ongunstige effect vermindert sterk wanneer hydrofobe moleculen met elkaar associëren zodat de
totale hydrofobe oppervlakte voor de omliggende watermoleculen verkleint. = spontaan.
Apolaire moleculen gaan spontaan aggregeren (zelfassemblage) doordat ze uit de waterige fase
verdreven worden, ze komen dichter bij elkaar te liggen en trekken samen via London krachten. Dit
levert het celmembraan op!
HET WAAROM VAN ZWAKKE KRACHTEN:
Hoe kunnen zwakke krachten van belang zijn in biologische systemen als ze zwak zijn?
Vele kleintjes maken 1 groot geheel!
Individueel stelt een zwakke niet – covalente interactie weinig voor, het is niet genoeg op een grote
molecule bij elkaar te houden. Maar in de biologie gaat het zelden om maar een paar interacties. Grote
biomoleculen hebben heel grote contactoppervlakten en kunnen honderden zwakke interacties tegelijk
optreden.
Samen vormen al die interacties dus toch voor genoeg kracht om deze macromolecule bij elkaar te
houden!
Zoals de werking van een Velcro sluit systeem = Coöperativiteit
PROCESSEN
INLEIDING
BIOMOLECULEN ZIJN ORGANISCHE MACROMOLECULEN:
Biochemie = bestuderen van de ‘moleculen van het leven/biomoleculen’
Biomoleculen zitten in ons dagelijks leven
- In onze voeding
- Energiebron (suikers, eiwitten, vetten)
- Hormonen
- Bij infecties: onze verdedigings – eiwitten, de antilichamen
Biomoleculen verwant met organische moleculen:
- Hoofdelementen: C en H
- Ook P, N, S en O
Hoe chemische structuur van biomoleculen voorstellen?
- Vereenvoudigde skeletnotatie
- Verkorte structuurformules
Figuur 1: voorbeeld biomolecule in
skeletnotatie
Hoe werken biomoleculen?
- Functie hangt samen met hun speciale 3D structuur
- Ze vormen complexen met andere moleculen voor functie uit te voeren
- Interacties met andere moleculen (covalent, niet-covalent, zwakke krachten)
OVERZICHT VIER HOOFDTYPES VAN BIOMOLECULEN:
EIWITTEN, NUCLEÏNEZUREN, LIPIDEN EN POLYSACHARIDEN.
Biopolymeren = macromoleculen opgebouwd door covalent gebonden stabiele monomeren.
Homobiopolymeren bestaan uit 1 type monomeer
Heteropolymeren: verschillende monomeren bouwstenen. Vb. eiwitten en nucleïnezuren
- Monosachariden: moleculen die we kennen als eenvoudige suikers
kleine bouwstenen van grotere moleculen: polysachariden
deze suikerpolymeren bevinden zich in onze voeding. Vb. Glucose en Fructose
- Eiwitten of proteïnen: bestaan uit verschillende aminozuren
Zijn covalent aan elkaar gekoppeld tot lange keten = polypeptideketen
Vb. myoglobine bestaat uit 150 aminozuren en is een essentieel eiwit
- Nucleïnezuren: DNA, RNA of ATP
Bouwstenen in ons erfelijk materiaal en ATP is ook van groot belang als energiedrager
- Vetten of lipiden: een gamma van kleinere moleculen maar essentieel als energiebron
Vormen via zwakke (niet – covalente) krachten complexe structuren zoals ons celmembraan
,FUNCTIONELE GROEPEN EN HUN EIGENSCHAPPEN:
Door het sterke EN karakter van atomen zoals O, N zijn covalente bindingen in de functionele groepen
gepolariseerd.
Hierdoor zijn de functionele groepen polair, hun aanwezigheid voorziet de biomoleculen van polaire
eigenschappen.
,BELANG VAN NIET-COVALENTE AANTREKKINGSKRACHTEN
Rol van zwakke krachten in de stabiliteit van biomoleculen
- Covalente bindingen tussen monomeren zijn essentieel = stabiel
Maar vb. DNA: dubbelhelix gevormd door H – bruggen om op complexe wijze te kunnen
worden opgevouwen door eiwit myglobine: door zwakke elektrostatische aantrekkingen.
- De uiteindelijke vorm en functie van biomoleculen hangen niet alleen af van die sterke
bindingen.
Ze worden vooral bepaald door zwakke, niet-covalente krachten, zoals waterstofbruggen en
andere zwakke elektrostatische aantrekkingen.
Rol van zwakke krachten in communicatie tussen biomoleculen
- Eiwitten vormen complexen met andere moleculen door het vormen van tal van zwakke
aantrekkingskrachten: moleculaire herkenning
- Dit laat efficiënte en specifieke interactie toe tussen biologische moleculen
ZWAKKE KRACHTEN TUSSEN BIOMOLECULEN
Tussen moleculen zijn er interacties, vaak aan de hand of zwakke niet-covalente aantrekkingskrachten.
men noemt dit ook wel elektrostatisch omdat het gaat over aantrekking tussen (partiële) ladingen.
1. Zoutbrug = ionbinding
- Tussen polaire functionele groepen
- Neg geladen functionele groep (anion) in de buurt van pos geladen functionele groep (kation)
Gevolg is een elektronische aantrekkingskracht (wet van coulomb)
- Zoutbruggen spelen belangrijke rol in biochemie: bij eiwitopvouwing, of werking van
biokatalysatoren
2. Dipool – dipoolkracht
- Tussen polaire functionele groepen
- Met partieel positieve landing of partieel negatieve lading
Ontstaat ook elektrostatische aantrekkingskracht = Keesomkracht
Zwakkere kracht dan zoutbrug omdat partiële ladingen ‘zwakker’ zijn dan ionen
3. Waterstofbrugvorming
- Tussen polaire functionele groepen
- Niet – covalente aantrekking van watermoleculen
- Ook tussen functionele groepen waar atomen sterke EN – waarde hebben
- Partiële ladingen tussen Functionele groepen
Elektrostatische aantrekkingskrachten
- Men noemt de 2 partners bij deze aantrekking: waterstofdonor (+) en waterstofacceptor (-)
- Lineaire waterstofbruggen zijn het sterkste
4. Londonkrachten (dispersiekrachten)
- Tussen apolaire functionele groepen enige vorm van onderlinge aantrekking voor apolaire
moleculen
- Erg zwakke kracht
- Een tijdelijk dipool induceert een dipoolmoment in de 2e molecule.
- Resulteert in zwakke aantrekkingskracht tussen apolaire moleculen = Van der Waals kracht
Wat hebben zwakke krachten dan van nut als ze toch maar zwak zijn?
Antwoord: vele zwakke krachten samen vormen 1 grote kracht
, EFFECT VAN WATER OP DE ZWAKKE AANTREKKINGSKRACHTEN
WATER H2O
Door de hoge elektro-negativiteit van het zuurstofatoom zuigt dit de gemeenschappelijke elektronen in
de covalente binding met de waterstofatomen naar zich toe. Door gebogen geometrie zorgt dit voor een
polaire molecule.
Er ontstaat een permanente dipool waarbij het zuurstofatoom en de 2 waterstofatomen respectievelijk
een partieel negatieve en een partieel positieve lading krijgen. Dipoolmoment!
Zo trekken waterstofmoleculen elkaar aan via waterstofbruggen.
Iedere waterstofmolecule kan 2 maal als waterstofdonor
en 2 maal als waterstofacceptor optreden.
- Water is een excellent solvent voor polaire moleculen en ionen
- In waterige oplossing zullen kleine ionen en polaire moleculen gehydrateerd worden
ze krijgen een watermantel.
- Water is ook competatief bij niet covalente interacties tussen functionele groepen:
door de watermantel worden partiële ladingen van biomoleculen afgeschermd en is die
minder beschikbaar voor interactie dus worden ze afgezwakt in water.
- Zoutbruggen komen bijgevolg vooral voor in watervrije omgevingen in biomoleculen.
Vb. binnen in een opgevouwen eiwit
Hydrofoob Effect:
Ook apolaire verbindingen zijn moeilijk oplosbaar in water.
Vetmoleculen en bepaalde vitamines zijn hydrofoob
Apolaire moleculen in een waterige oplossing is energetisch ongunstig omdat het waterbrug – netwerk
verstoord wordt. Hydrofobe deeltjes zorgen ervoor dat watermoleculen rond deze deeltjes gefixeerd
worden.
De entropie S daalt en bijgevolg stijgt de vrije energie van het systeem = ongunstig.
Dit ongunstige effect vermindert sterk wanneer hydrofobe moleculen met elkaar associëren zodat de
totale hydrofobe oppervlakte voor de omliggende watermoleculen verkleint. = spontaan.
Apolaire moleculen gaan spontaan aggregeren (zelfassemblage) doordat ze uit de waterige fase
verdreven worden, ze komen dichter bij elkaar te liggen en trekken samen via London krachten. Dit
levert het celmembraan op!
HET WAAROM VAN ZWAKKE KRACHTEN:
Hoe kunnen zwakke krachten van belang zijn in biologische systemen als ze zwak zijn?
Vele kleintjes maken 1 groot geheel!
Individueel stelt een zwakke niet – covalente interactie weinig voor, het is niet genoeg op een grote
molecule bij elkaar te houden. Maar in de biologie gaat het zelden om maar een paar interacties. Grote
biomoleculen hebben heel grote contactoppervlakten en kunnen honderden zwakke interacties tegelijk
optreden.
Samen vormen al die interacties dus toch voor genoeg kracht om deze macromolecule bij elkaar te
houden!
Zoals de werking van een Velcro sluit systeem = Coöperativiteit
