Cel II: Biochemie
1. De zwakke krachten en hun rol in de biochemie
- Intermoleculaire krachten
- Niet-covalente bindingen: delen geen elektronen
1.1 Watermoleculen vormen een netwerk via waterstofbruggen
- Zuurstof grotere elektronegativiteit dan waterstof
⇨ dipoolmoment (door polaire structuur)
⇨ Partieel negatieve O vormt bindingen met partieel positieve H
- Eigenschappen binding:
o Bindingsenergie opvallend lager dan covalente bindingen
o Afstand tussen kernen groter dan covalente bindingen
- Hoog kookpunt: veel intermoleculaire krachten
1.2 Waterstofbruggen ontstaan ook tussen biomoleculen met geschikte functionele
groepen
- Tussen
o Watermoleculen en functionele groepen met elektronegatief karakter (O-, N-atomen)
o Onderling tussen: alcohol-, amino-, carbonyl-, amidegroepen
- Goed oplosbaar in water: hydrofiele moleculen
o Waterstofbrugdonor: molecule met H-atoom
o Waterstofbrugacceptor: molecule met vrij elektronenpaar
- Eigenschappen binding:
o Afstand tussen kernen groter dan covalente bindingen
o Sterkte afhankelijk van positie van deelnemende atomen (lineair het sterkst)
1.3 De ionaire binding
- Groot verschil in elektronegatief karakter
⇨ Elektronenpaar gaat over naar meet EN atoom
⇨ Anion (-) en kation (+) oefenen aantrekkingskracht uit op elkaar (
- Eigenschappen binding
o Sterkte: onafhankelijk van richting, volgens wet van coulomb:
𝑞1.𝑞2
𝐹= 2
𝑟𝐷
D: diëlektriciteitsconstante -> hoe hoger, hoe zwakker krachten
o Ionen goed oplosbaar: watermantel gevormd en energie komt vrij
(watermoleculen richten zich naar tegengestelde lading rondomrond)
▪ Ionen door membraan: moeten mantel (deels) verliezen
1.4 De Van-der-Waalskrachten
- Elektronen bewegen
⇨ Niet altijd gelijk verdeeld
⇨ Tijdelijke ladingsverschillen binnen moleculen (= transiënte dipool)
⇨ Induceren op hun beurt ladingsverschillen bij naburige moleculen enz.
, - Eigenschappen binding:
o Kracht sterk afhankelijk van afstand tussen moleculen
▪ Optimale afstand: van-der-Waals radius
o Energie gering
1.5 Het hydrofobe effect
- Moeilijk oplosbare deeltjes in water: hydrofobe moleculen
o Waternetwerkstructuur verstoord -> energetisch ongunstig
o Afzonderlijke hydrofobedeeltjes samenplakken => hydrofobe oppervlakte kleiner
1.6 Vele kleintjes maken één groot
- Zwakke intermoleculaire krachten belangrijk:
o Biochemische processen
o Tot stand komen en stabiliseren van moleculaire structuren
- Verschillende soorten krachten niet onafhankelijk van elkaar (vaak combinatie)
- Twee moleculen interageren enkel als
o Vormen van oppervlakte complementair zijn
o EN energetisch gunstige interacties kunnnen aangaan
2. Lipiden en cellulaire membranen
2.1 Inleiding
- Hydrofoob => wateronoplosbaar
- Functies:
o Signaalmoleculen
o Brandstof
o Onderdeel biologische membranen
▪ Fosfolipiden
▪ Glycolipiden
▪ Cholesterol
- Afwijkingen lipidenmetabolisme kan ziekten veroorzaken
2.2 Fosfolipiden
- Bouw:
o Glycerolruggengraat
o C1: veresterd met vetzuurketen
o C2: veresterd met vetzuurketen, chiraal centrum
o C3: veresterd met fosfaatgroep
- Vetzuurketens:
o Koolstofketens met carboxylfunctie
o Verzadigd of onverzadigd (dierlijk: meestal elk 1)
o 16 of 18 C-atomen meest voorkomend (12-24 mogelijk, altijd even)
o Zie quizlet voor namen
- Polaire groepen (achter fosfaatgroep): neutraal of - geladen
o OH-groep => diaglycerol-3-fosfaat
o Ethanolamine
o Serine
, o Choline
- Inositolringen dragen één of meerdere fosfaatgroepen: polyfosofïnositiden
o Interageren met membraangeassocieerde eiwitten
o Spelen belangrijke rol als secundaire boodschappermoleculen
- Varianten:
o Difosfatidyglycerol
o Glycerofosfolipidenvarianten
▪ Etherbindingen ipv esterbindingen: fosfolipide-ether
▪ 1 vetzuurketen: lysofosfolipiden (lysofosfatidylcholine/lysofosfatidylethanolamine)
o Sfingomyeline:
2.3 Glycolipiden
- Ceramide + diacylglycerol + suikergroep
- 3 groepen
o Cerebrosiden: onvertakte suikerketens, meestal:
▪ 1ste glucose
▪ Volgende: galactose of N-acetylgalactosamine
o Groep 2: vertakte, langere neutrale ketens
o Gangliosiden: complexe, negatief geladen met N-acetylneuraminezuur (=siaalzuur)
2.4 Cholesterol
- Typisch voor dierlijke systemen (vooral in plasmamembraan)
- Neutraal
- Vlakke molecule (door stoelconfiguratie en transfusie naburige ringen)
- Polair gedeelte: hydroxylgroep
2.5 Fosfolipidendubbellaag
- Alle membraanlipiden één algemeenstructureel kenmerk: amfipatisch
⇨ In waterige omgeving gaan hydrofobe staarten spontaan samenklitten
1. De zwakke krachten en hun rol in de biochemie
- Intermoleculaire krachten
- Niet-covalente bindingen: delen geen elektronen
1.1 Watermoleculen vormen een netwerk via waterstofbruggen
- Zuurstof grotere elektronegativiteit dan waterstof
⇨ dipoolmoment (door polaire structuur)
⇨ Partieel negatieve O vormt bindingen met partieel positieve H
- Eigenschappen binding:
o Bindingsenergie opvallend lager dan covalente bindingen
o Afstand tussen kernen groter dan covalente bindingen
- Hoog kookpunt: veel intermoleculaire krachten
1.2 Waterstofbruggen ontstaan ook tussen biomoleculen met geschikte functionele
groepen
- Tussen
o Watermoleculen en functionele groepen met elektronegatief karakter (O-, N-atomen)
o Onderling tussen: alcohol-, amino-, carbonyl-, amidegroepen
- Goed oplosbaar in water: hydrofiele moleculen
o Waterstofbrugdonor: molecule met H-atoom
o Waterstofbrugacceptor: molecule met vrij elektronenpaar
- Eigenschappen binding:
o Afstand tussen kernen groter dan covalente bindingen
o Sterkte afhankelijk van positie van deelnemende atomen (lineair het sterkst)
1.3 De ionaire binding
- Groot verschil in elektronegatief karakter
⇨ Elektronenpaar gaat over naar meet EN atoom
⇨ Anion (-) en kation (+) oefenen aantrekkingskracht uit op elkaar (
- Eigenschappen binding
o Sterkte: onafhankelijk van richting, volgens wet van coulomb:
𝑞1.𝑞2
𝐹= 2
𝑟𝐷
D: diëlektriciteitsconstante -> hoe hoger, hoe zwakker krachten
o Ionen goed oplosbaar: watermantel gevormd en energie komt vrij
(watermoleculen richten zich naar tegengestelde lading rondomrond)
▪ Ionen door membraan: moeten mantel (deels) verliezen
1.4 De Van-der-Waalskrachten
- Elektronen bewegen
⇨ Niet altijd gelijk verdeeld
⇨ Tijdelijke ladingsverschillen binnen moleculen (= transiënte dipool)
⇨ Induceren op hun beurt ladingsverschillen bij naburige moleculen enz.
, - Eigenschappen binding:
o Kracht sterk afhankelijk van afstand tussen moleculen
▪ Optimale afstand: van-der-Waals radius
o Energie gering
1.5 Het hydrofobe effect
- Moeilijk oplosbare deeltjes in water: hydrofobe moleculen
o Waternetwerkstructuur verstoord -> energetisch ongunstig
o Afzonderlijke hydrofobedeeltjes samenplakken => hydrofobe oppervlakte kleiner
1.6 Vele kleintjes maken één groot
- Zwakke intermoleculaire krachten belangrijk:
o Biochemische processen
o Tot stand komen en stabiliseren van moleculaire structuren
- Verschillende soorten krachten niet onafhankelijk van elkaar (vaak combinatie)
- Twee moleculen interageren enkel als
o Vormen van oppervlakte complementair zijn
o EN energetisch gunstige interacties kunnnen aangaan
2. Lipiden en cellulaire membranen
2.1 Inleiding
- Hydrofoob => wateronoplosbaar
- Functies:
o Signaalmoleculen
o Brandstof
o Onderdeel biologische membranen
▪ Fosfolipiden
▪ Glycolipiden
▪ Cholesterol
- Afwijkingen lipidenmetabolisme kan ziekten veroorzaken
2.2 Fosfolipiden
- Bouw:
o Glycerolruggengraat
o C1: veresterd met vetzuurketen
o C2: veresterd met vetzuurketen, chiraal centrum
o C3: veresterd met fosfaatgroep
- Vetzuurketens:
o Koolstofketens met carboxylfunctie
o Verzadigd of onverzadigd (dierlijk: meestal elk 1)
o 16 of 18 C-atomen meest voorkomend (12-24 mogelijk, altijd even)
o Zie quizlet voor namen
- Polaire groepen (achter fosfaatgroep): neutraal of - geladen
o OH-groep => diaglycerol-3-fosfaat
o Ethanolamine
o Serine
, o Choline
- Inositolringen dragen één of meerdere fosfaatgroepen: polyfosofïnositiden
o Interageren met membraangeassocieerde eiwitten
o Spelen belangrijke rol als secundaire boodschappermoleculen
- Varianten:
o Difosfatidyglycerol
o Glycerofosfolipidenvarianten
▪ Etherbindingen ipv esterbindingen: fosfolipide-ether
▪ 1 vetzuurketen: lysofosfolipiden (lysofosfatidylcholine/lysofosfatidylethanolamine)
o Sfingomyeline:
2.3 Glycolipiden
- Ceramide + diacylglycerol + suikergroep
- 3 groepen
o Cerebrosiden: onvertakte suikerketens, meestal:
▪ 1ste glucose
▪ Volgende: galactose of N-acetylgalactosamine
o Groep 2: vertakte, langere neutrale ketens
o Gangliosiden: complexe, negatief geladen met N-acetylneuraminezuur (=siaalzuur)
2.4 Cholesterol
- Typisch voor dierlijke systemen (vooral in plasmamembraan)
- Neutraal
- Vlakke molecule (door stoelconfiguratie en transfusie naburige ringen)
- Polair gedeelte: hydroxylgroep
2.5 Fosfolipidendubbellaag
- Alle membraanlipiden één algemeenstructureel kenmerk: amfipatisch
⇨ In waterige omgeving gaan hydrofobe staarten spontaan samenklitten
