Samenvatting 'Biomoleculen en cellen'

Samenvatting biomoleculen
Hoofdstuk 1: Inleiding
1.1 Inleiding
Alle eigenschappen leven bepaald door biomoleculen

- Voortplanting
- Groei
- Metabolisme
- Signaaltransductie

1 angstrom = lengte binding tussen 2 C’s (C-C binding)

Verschillende soorten biomoleculen:

- Eiwitten
- Suikers (sachariden)
- Nucleïnezuren
- Vetten (lipiden)
- water


1.2Chemische elementen levende materie
- Primaire: C, H, O en N
Menselijk lichaam: 70% water
Kunnen covalente bindingen vormen
C-C: enkel, dubbel, driedubbel
- Secundair
P: metabolisme + structuur nucleïnezuren
S: eiwitten
Ionen: eiwitstructuur + katalyse enzymen
Metalen: bv. Fe (in hemoglobine)
IJzer te kort? -> snel moe, want te kort heeft groot effect op gezondheid, want bevindt zich
op strategische plaats in kleine aantallen

3D-structuur

- Vervult belangrijke rol bij biochemische en fysiologische functie van biomoleculen vb.
enzymatische reactie
 Sleutel - slot systeem
 Non sense mutatie: mutatie die geen effect heeft

Voorstelling 3D-structuur

1. Space filling: atomen worden voorgesteld als ballen welke overeenkomen met de werkelijke
ruimte dat een atoom inneemt
2. Ball&stick: atomen worden voorgesteld als bollen bindingen als stick

,1.3 Overzicht covalente bindingen in biomoleculen
Zeer verschillende interacties mogelijk

 Onderverdeling in covalente en niet-covalente

Covalente binding

- Binding waarbij atomen elektronen gaan delen
- Niet zelfde als ionaire binding (complete transfer van elektronen)

Zie overzicht tabel p. 9 in cursus

1.4 Niet-covalente interacties in biomoleculen
- Hebben groot effect op de structuur
- Individueel (zeer) zwak, maar samengeteld zorgen ze voor stabiliteit van de molecule
- Omdat ze individueel zwak zijn -> makkelijk te verbreken. Hierdoor zorgen ze voor de nodige
flexibiliteit in de structuur welke nodig is voor de functie van de biomolecule

Belangrijkste:

1. Dipoolinteractie
 Ongelijke verdeling van ladingen
2. Van der Waals krachten
 Intermoleculaire interacties tussen neutrale atomen op dichte afstand
3. Waterstofbruggen
 Intermoleculaire kracht tussen een elektronenpaar op een sterk elektronegatief
atoom en naburig H atoom
 H met O, N of F
4. Zoutbruggen (lading-lading interacties)
 Elektrostatische kracht tussen 2 tegengesteld geladen atomen (sterkste interactie)
5. Hydrofobe interacties
 Bij groepen die geen interactie aangaan met water
 Minimaliseren van het contactopp. tussen de hydrofobe structuren

1.4.1 Permanente en geïnduceerde dipool interacties
a) Permanente dipolen
- Ongelijke verdeling van hun lading: 1 uiteinde is positiever dan ander uiteinde (dus zijn
polair)
- Nettolading kan nul zijn vb. water, CO
- Bezitten permanent dipoolmoment µ: maat voor polariteit van de molecule
 Wordt aangeduid als vector met grootte µ=qx (q: lading, x: afstand)
 Dipoolmoment kan ook som zijn van vectoren van dipoolmomenten
over verschillende ladingen
b) Geïnduceerde dipolen
- Apolaire moleculen kunnen een dipoolmoment krijgen vb. in een elektrisch veld (vb.
aromatische verbindingen)

1.4.2 Moleculaire afstoting bij extreem kleine afstanden: de van der Waals
radius
- Atomen omgeven door elektronenwolken

, - Atomen te dicht bij elkaar -> overlapping elektronenwolken -> afstoting met kracht = r -12
 Gevolg: atomen kunnen niet dichter bij elkaar komen dan een bepaalde
minimumafstand (= van der Waals radius R)
 Dichtste afstand: R1 + R2

1.5 Belangrijke functionele groepen in biomoleculen
Zie tabel p. 14 cursus

1.6 Eigenschappen van water
Water centrale rol in biochemische processen

- Alle biomoleculen komen voor in een waterige omgeving  water heeft effect op hun vorm
- Water zorgt voor transport van (bio)moleculen naar/van de plaats van chemische reacties
- Water speelt actieve rol bij chemische processen (H + en OH-)
- Fotosynthese: oxidatie van water met vorming van zuurstof!


1.6.1 Fysische eigenschappen van water
- Lengte O-H binding = 0,958 angstrom
- Hoek gevorm door de 3 atomen = 104,5°
- Tetraëder

a) Water is een polaire molecule
- Dipoolmoment: O part. negatieve lading, H: part. positieve lading
 Elektrostatische interacties zijn cruciaal

- Waterstofbrugvorming: watermoleculen zijn dipolen, oriënteren zich met vorming
waterstofmoleculen -> cohesie
 H richt zich naar vrije elektronen paar van O
 H-A afstand is 0,5 angstrom korter dan berekende van der Waals afstand (kunnen
dus dichter bij elkaar komen)
 Maximum 4 waterstofbruggen per watermolecule

Voorbeeld: structuur ijs
 Geordend
 Elke waterstofmolecule maakt H-brug met 4 andere
 Vorm: tetraëder
 !! open structuur: water zet uit als het bevriest
Groot effect op evolutie aarde: ijs drijft ipv dat het zinkt (als het zou zinken zou het
afgesloten zijn van zon en bevroren blijven waardoor aarde in permanente ijstijd zou
vastzitten en geen leven mogelijk zou zijn)

Smelten van ijs (vloeibare structuur water)
 Verbreken van de tetraëdische binding waterstofbruggen
 ~15 % minder waterstofbruggen dan bevroren water
 Elke watermolecule neemt een andere plaats in elke 10 -12 s

, b) Hydrofiele moleculen lossen op in water
- Water = ideale oplosmiddel (voor polaire/hydrofiele en ionaire moleculen)
- Oplosbaarheid product = kan beter interageren met solvent dan met eigen moleculen
- Vooral polaire en ionaire moleculen worden opgelost in water HYDROFIEL
- Apolaire moleculen  oplosbaar in apolaire solventen HYDROFOOB

Zout kan oplossen in water
- Aantrekkingskracht tussen ionen wordt afgezwakt door water
- Ondergedompeld ion gaat tegenovergesteld gedeelte van water aantrekken
 Ion omgeven door verschillende lagen solventmoleculen (ionen zijn gehydrateerd)



c) Hydrofobe effect
- Niet polaire stof -> niet oplossen in water!
- Hydrofobe effect: minimaliseren van contact met water
- Amfipatische moleculen: deel hydrofoob-deel hydrofiel
- Vb: lipiden  micel of membraan (dubbellaag)



1.6.2 Chemische eigenschappen van water
a) Ionisatie van water
- Water =neutrale molecule met kleine neiging tot ionisatie
 H2O ⇄ H+ + OH-
- Proton  H3O+
- Protonen zitten niet stil  protonjumping (proton beweegt van ene naar andere
watermolecule)
 Protonjumping: reden dat zuur-base reacties zo snel zijn

Evenwichtsconstante (K):

- Formules zie cursus p. 21
- Hoe hoger pH, hoe langer conc. H+, hoe lager pH, hoe hoger conc. H+

b) Zuren en basen hebben effect op pH
- Zuur: proton afgeven (protondonor) , base: proton accepteren (proton acceptor)
- HA + H2O  H3O+ + A- -> H2O schrappen
- Formules p. 22 cursus

c) Effect buffers op pH
- Metabole processen kunnen maar doorgaan in zeer nauwe pH regio!
- 0,001 mL 1M HCL aan zuiver water : pH 7 naar 4!
- Oplossing : buffers die ervoor zorgen dat de pH stabiel blijft (binnen bepaalde
grenzen)
- Midden curve: pH = pKa (HA = A-)
- Polyprotische zuren: kunnen meerdere protonen verliezen (meerdere bufferzones)