Volledige samenvatting van partim 'inleiding tot de biochemische processen' revaki

INLEIDING TOT DE BIOCHEMISCHE PROCESSEN
INLEIDING

BIOMOLECULEN

• C en H, ook vaak O, N, S en P
• Kleine en grote biomoleculen
→ Suikers, vitaminen, hormonen
→ Macromoleculen: eiwitten, nucleïnezuren
• Koppeling van bouwstenen tot covalente biopolymeren
• Driedimensionale architectuur
• Interacties van chemische aard: covalente bindingen, niet-covalente interacties, zwakke
krachten

DE DRIE BIOPOLYMEREN

• Biopolymeer = biologische macromolecule die opgebouwd is door het covalent op elkaar
binden van stabiele eenheden of monomeren
→ Homobiopolymeren > 1 type monomeer: polysacchariden
→ Heterobiopolymeren > covalente koppeling van verschillende monomeren: eiwitten
en nucleïnezuren (DNA/RNA)

Macromolecule (polymeer) Bouwsteen (covalent gebonden monomeer)
Eiwitten Alfa-aminocarbonzuren (aminozuren)
Polysacchariden Monosacchariden (eenvoudige suikers)
Nucleïnezuren (erfelijk materiaal) Nucleotiden (suiker + base + fosfaatgroep)


• Vierde type biomolecule = lipiden = kleinere biomoleculen ≠ polymeer
→ Vormen supramoleculaire structuren via zwakke (niet-covalente) krachten

HET BELANG VAN NIET-COVALENTE AANTREKKINGSKRACHTEN IN DE STRUCTUUR, STABILITEIT EN
FUNCTIE VAN BIOMOLECULEN

• Biopolymeren: steunen ook op niet-covalente zwakke elektrostatische aantrekkingskrachten
→ DNA: H-brugvorming tussen polymere nucleotideketens
→ Myoglobine: polypeptideketen op complexe wijze opgevouwen
• Functie zwakke krachten in biomoleculen
→ Stabilisatie van vorm en structuur
→ Communicatie met andere biomoleculen => moleculaire herkenning: complexen
vormen door zwakke aantrekkingskrachten contactoppervlakken partnermoleculen
▪ Steunt op aanwezigheid van functionele groepen of ‘chemische vingers’ met
welbepaalde eigenschappen
▪ Bv. insuline  receptor, stekeleiwit van SARS-CoV-2  menselijke cel




1

,FUNCTIONELE GROEPEN EN HUN EIGENSCHAPPEN

• Biomoleculen > koolstofskelet (alkylketen R) + functionele groep(en)




2

,NIET-COVALENTE KRACHTEN TUSSEN MOLECULEN
• Belangrijkste niet-covalente aantrekkingskrachten1 = elektrostatische aantrekkingskrachten
→ Tussen geladen/polaire groepen
▪ Ionaire/elektrostatische aantrekking
▪ Dipoolinteracties
▪ Waterstofbrugvorming
→ Tussen ongeladen/apolaire groepen
▪ Londonkrachten (= vanderwaalskrachten)
• Aantrekkingskrachten treden op tussen functionele groepen
• Biologische reacties gaan door in vloeibaar water

IONAIRE AANTREKKING EN DIPOOL-DIPOOLKRACHT

• Ionaire aantrekking = zoutbrug
→ Negatief geladen groep (anion) + positief geladen groep (kation)
→ Sterkte wordt weergegeven door wet van Coulomb
𝑞1 𝑞2
𝐹~
𝑟2𝐷
- en +
▪ q1 en q2 = de twee ladingen
▪ r = afstand tss. moleculen
▪ D = dielektriciteitsconstante (vacuüm: D = 1, water: D = 80)
• Dipool-dipoolkracht = Keesomkracht
→ Tussen polaire moleculen: partieel positieve lading
+ partieel negatieve lading
δ- en δ+
→ Zwakker dan krachten tussen ionen

WATERSTOFBRUGGEN

• Waterstofbrugvorming = niet-covalente elektrostatische aantrekking tussen watermoleculen
onderling en tussen moleculen met geschikte functionele groepen met sterk
elektronegatieve atomen δ+ δ-
→ Zuurstof en stikstofatomen met vrij elektronenpaar –OH en NH–
(bv. tussen alcoholgroep en aminogroep) δ+ -
–NH en δ OH–
→ Waterstofdonor = functionele groep met δ op H-atoom
+

Waterstofacceptor = functionele groep met vrij elektronenpaar (δ-)
• Sterkte waterstofbrugvorming hangt af van relatieve positie van betrokken atomen:
lineaire waterstofbruggen zijn het sterkst
• Belang
→ Stabilisering structuurelementen in eiwitten zoals α-helix
→ Vormen basis van interacties tss. complementaire basen van RNA/DNA

LONDONKRACHTEN

• Tussen apolaire/hydrofobe moleculen
→ Tijdelijke dipool in apolaire molecule induceert dipool in andere molecule
→ Zeer zwak, afhankelijk van van der Waals radius (afstand kern  opp. e--mantel)


1
Niet-covalent: delen dus geen elektronen

3

, HET EFFECT VAN WATER OP ZWAKKE AANTREKKINGSINTERACTIES

• Water = polair, sterke aantrekking via H-brugvorming
→ Goed solvent: moleculen krijgen watermantel door niet-covalente interacties
• Watermantel schermt (partiële) ladingen af => ionaire interacties en H-bruggen tussen
biomoleculen worden afgezwakt in water (cfr. wet van Coulomb: D = 80 in water)

HET HYDROFOOB EFFECT

Bv. olie in water

• Apolaire moleculen verstoren waterbrugnetwerk
tussen watermoleculen
• Watermoleculen fixeren rond hydrofobe moleculen
=> meer orde = lagere entropie S
=> hogere vrije energie ΔG
• Hydrofobe moleculen associëren => totale hydrofobe
oppervlakte verkleint

ZWAKKE KRACHTEN MAKEN EEN STERK GEHEEL

• Som van individuele energiebijdragen van zwakke ineteracties => voldoende stabiliteit
→ Cfr. velcro
• Coöperativiteit = wanneer tussen een deel van chemische groepen aantrekking optreedt,
brengt dit andere groepen dicht genoeg bij elkaar om attracties op elkaar uit te oefenen
• Zwak karakter van complexvorming tussen biomoleculen = dynamisch dus beweeglijk


EENVOUDIGE SUIKERS EN POLYSACCHARIDEN, AMINOZUREN EN PEPTIDEN

SUIKERS

Basisstructuur van een monosaccharide

• Indeling in twee groepen
→ Aldosen: –CHO met C als 1e C-atoom van de keten
→ Ketosen: –CO in de koolstofketen
• Voorvoegsel aldo-/keto- + telwoord voor aantal C’s + -ose
• Polaire functionele groepen => zwakke niet-covalente aantrekkingskrachten mogelijk




4