Hoofdstuk 2 bouwstenen van de cel
Water, de basis van het leven
De structuur van de levende cel wordt grotendeels bepaald door de
eigenschap van water.
de watermolecule
zuurstof en waterstof binden zich tot water (H2O). tijdens het ontstaan van
de aarde, was water een van de belangrijkste componenten, water kwam
voor in vloeibare toestand. Het was een goed medium of moleculen, die er
vookwamen, op te lossen.
Waar veel water is, is veel leven (regenwoud)
Waar weining water is, is weinig leven (woestijn)
De structuur van water is zeer belangrijk : ater is een zeer stabiele
verbinding -> water bereikt de octetstructuur.
Water is een polaire molecule dit komt doordat :
- O heeft een grotere elektronegativiteit dan water en trekt dus harder
de elektronen naar zich toe
- O wordt dys partieel negatief
- H wordt partieel positief
water heeft dus een dipoolmoment
zo’n molecule, met een polariteit, noemen we bipolair
- water is een van de meest polaire moleculen die men kent
wanneer meerdere watermoleculen bij elkaar in de buurt komen :
- door het dipoolmoment van water
de partieel positive kant (H) zal een waterstofbrug aangaan met
de partieel negatieve kant (O) van een naburige watermolecule.
Waterstofbrug = een zwakke binding
Veel watermoleculen samen, vormen een rooster die allemaal
waterstofbruggen met elkaar aangaan, maar waterstofbruggen :
- zijn veel zwakker dan de gewone covalenten binding (5% van de
kracht)
- de bindingen duren ook veel minder lang
MAAR : vele van deze bindingen samen, zullen wel voor een sterk effect
zorgen, waardoor ze ongeveer even sterk zijn als covalente bindingen.
Waterstofbruggen kunnen ook gevormd worden met andere moleculen :
- een polariteit in de molecule die covalent gebonden is
- het positief H-atoom dat wordt aangetrokken door een negatief
geladen atoom
o O
o N
o F
,Water als oplosmiddel
Polaire moleculen :
Een stof is oplosbaar in water als de stof die opgelost moet worden in
water waterstofbruggen kan maken met water. De molecule die de
waterstofbrug kan maken, zal oplossen, rond het ander gedeelte komt een
hydratatieschaal, die de molecule omhult waardoor die niet terug kan
binden met zijn originale bindingspartners.
Deze hydratatieschalen worden rond alle bipolairen gevormd.
water en niet-polaire moleculen
een apolaire molecule, zal niet met water kunnen oplossen aangezien
water een polaire molecule is. Water wilt zoveel mogelijk
waterstofbruggen maken met elkaar of met andere stoffen, een apolaire
stof kan echter geen waterstofbruggen aangaan omdat het geen
dipoolmoment heeft.
Wanneer je de 2 samen doet, zullen de watermoleculen de apolaire
moleculen aftstoten, deze willen samen verzamelen in “enclaves”.
Apolaire stoffen worden ook wel hydrofoob genoemd.
Hydrofobe binding = de neiging van apolaire moleculen om in water te
aggregeren.
Belangrijke eigenschappen van individuele moleculen
en ionen in water
Je hebt dus polaire stoffen die goed oplossen in water, en je hebt apolaire
stoffen die niet goed oplossen in water. Maar je hebt ook stoffen die beide
eigenschappen hebben = amfipatisch, deze moleculen vormen de
bouwstenen van het membraan in de cel.
Soorten bindingen en moleculaire interacties
Moleculen worden samengehouden door sterke interacties, zoals
covalente bindingen, maar evengoed door de zwakke interacties. Deze
zwakke interacties zorgen voor de structuur, rigiditeit en de sterkte van
grote molecules zoals nucleïnezuren, eiwitten en vetten.
Je hebt 4 belangrijke van zo’n zwakkere interacties :
- Ionaire interacties
- Waterstofbrug interacties
- Van der waalsh interacties
- Hydrofobe interacties
Elk atoom kan een vast aantal covalenten bindingen vormen met
aangepaste geomtrie. De belangrijkste atomen vanuit de biologie zijn : H,
C, O, N, P , S
- Het aantal bindingen
- De geometrie
Zijn allebei afhanklelijk van de elektronenverdeling
Zoals we al hebben gezien, heeft C een vast aantal bindingspartners van
4, met een symmetrische structuur (tetraëder) en sp3configuratie.
, De molecule is symmetrisch als er zoals bij methaan, 4 H-atomen aan de C
zijn gebonden. Als er 4 verschillende substituenten gebonden zouden zijn,
zou het molecuul assymetrisch zijn.
De symmetrie van een molecule is zeer belangrijk aangezien het een
grote invloed kan hebben op de biologische activiteit.
Doordat ze verschillende geometrie hebben, zullen ze op een andere
manier met cellulaire biomoleculen intrageren.
Dit komt omdat er in de organismen vaak gewerkt wordt met sleutel-
slot mechanisme.
Koolstof kan ook ipv 4 bindingen te maken, met 3 atomen reageren :
De molecule zal nu in 1 vlak liggen
Een van de atomen vormt een dubbele binding met C
het atoom met de dubbele binding zal niet meer kunnen roteren
de atomen die enkelvoudig zijn gebonden, kunnen wel vrij roteren
de vlakke structuur heeft ook weer veel gevolgen voor de biologische
gevolgen :
heeft invloed op de flexibiliteit van molecules, zoals bijvoorbeeld
o eiwitten
o nucleïnezuren
er kunnen ladingsveschillen optreden binnenin moleculen, door het
verschil in elektronegativiteit tussen de atomen.
Bepaald ook de polariteit van een molecule.
Sterkte interacties :
Covalenten bindingen zijn sterker bij kamerpemperatuur om de thermale
enrgie te weerstaan
Dubbele bindingen zijn nog sterker (er is meer enrergie nodig om een
dubbele binding te breken dan een enkelvoudige binding
Niet-covalente interacties breken wel makkelijk bij kamertemperatuur, ze
worden constant gebroken en terug opnieuw gebonden
= ze zijn transiënt
Water, de basis van het leven
De structuur van de levende cel wordt grotendeels bepaald door de
eigenschap van water.
de watermolecule
zuurstof en waterstof binden zich tot water (H2O). tijdens het ontstaan van
de aarde, was water een van de belangrijkste componenten, water kwam
voor in vloeibare toestand. Het was een goed medium of moleculen, die er
vookwamen, op te lossen.
Waar veel water is, is veel leven (regenwoud)
Waar weining water is, is weinig leven (woestijn)
De structuur van water is zeer belangrijk : ater is een zeer stabiele
verbinding -> water bereikt de octetstructuur.
Water is een polaire molecule dit komt doordat :
- O heeft een grotere elektronegativiteit dan water en trekt dus harder
de elektronen naar zich toe
- O wordt dys partieel negatief
- H wordt partieel positief
water heeft dus een dipoolmoment
zo’n molecule, met een polariteit, noemen we bipolair
- water is een van de meest polaire moleculen die men kent
wanneer meerdere watermoleculen bij elkaar in de buurt komen :
- door het dipoolmoment van water
de partieel positive kant (H) zal een waterstofbrug aangaan met
de partieel negatieve kant (O) van een naburige watermolecule.
Waterstofbrug = een zwakke binding
Veel watermoleculen samen, vormen een rooster die allemaal
waterstofbruggen met elkaar aangaan, maar waterstofbruggen :
- zijn veel zwakker dan de gewone covalenten binding (5% van de
kracht)
- de bindingen duren ook veel minder lang
MAAR : vele van deze bindingen samen, zullen wel voor een sterk effect
zorgen, waardoor ze ongeveer even sterk zijn als covalente bindingen.
Waterstofbruggen kunnen ook gevormd worden met andere moleculen :
- een polariteit in de molecule die covalent gebonden is
- het positief H-atoom dat wordt aangetrokken door een negatief
geladen atoom
o O
o N
o F
,Water als oplosmiddel
Polaire moleculen :
Een stof is oplosbaar in water als de stof die opgelost moet worden in
water waterstofbruggen kan maken met water. De molecule die de
waterstofbrug kan maken, zal oplossen, rond het ander gedeelte komt een
hydratatieschaal, die de molecule omhult waardoor die niet terug kan
binden met zijn originale bindingspartners.
Deze hydratatieschalen worden rond alle bipolairen gevormd.
water en niet-polaire moleculen
een apolaire molecule, zal niet met water kunnen oplossen aangezien
water een polaire molecule is. Water wilt zoveel mogelijk
waterstofbruggen maken met elkaar of met andere stoffen, een apolaire
stof kan echter geen waterstofbruggen aangaan omdat het geen
dipoolmoment heeft.
Wanneer je de 2 samen doet, zullen de watermoleculen de apolaire
moleculen aftstoten, deze willen samen verzamelen in “enclaves”.
Apolaire stoffen worden ook wel hydrofoob genoemd.
Hydrofobe binding = de neiging van apolaire moleculen om in water te
aggregeren.
Belangrijke eigenschappen van individuele moleculen
en ionen in water
Je hebt dus polaire stoffen die goed oplossen in water, en je hebt apolaire
stoffen die niet goed oplossen in water. Maar je hebt ook stoffen die beide
eigenschappen hebben = amfipatisch, deze moleculen vormen de
bouwstenen van het membraan in de cel.
Soorten bindingen en moleculaire interacties
Moleculen worden samengehouden door sterke interacties, zoals
covalente bindingen, maar evengoed door de zwakke interacties. Deze
zwakke interacties zorgen voor de structuur, rigiditeit en de sterkte van
grote molecules zoals nucleïnezuren, eiwitten en vetten.
Je hebt 4 belangrijke van zo’n zwakkere interacties :
- Ionaire interacties
- Waterstofbrug interacties
- Van der waalsh interacties
- Hydrofobe interacties
Elk atoom kan een vast aantal covalenten bindingen vormen met
aangepaste geomtrie. De belangrijkste atomen vanuit de biologie zijn : H,
C, O, N, P , S
- Het aantal bindingen
- De geometrie
Zijn allebei afhanklelijk van de elektronenverdeling
Zoals we al hebben gezien, heeft C een vast aantal bindingspartners van
4, met een symmetrische structuur (tetraëder) en sp3configuratie.
, De molecule is symmetrisch als er zoals bij methaan, 4 H-atomen aan de C
zijn gebonden. Als er 4 verschillende substituenten gebonden zouden zijn,
zou het molecuul assymetrisch zijn.
De symmetrie van een molecule is zeer belangrijk aangezien het een
grote invloed kan hebben op de biologische activiteit.
Doordat ze verschillende geometrie hebben, zullen ze op een andere
manier met cellulaire biomoleculen intrageren.
Dit komt omdat er in de organismen vaak gewerkt wordt met sleutel-
slot mechanisme.
Koolstof kan ook ipv 4 bindingen te maken, met 3 atomen reageren :
De molecule zal nu in 1 vlak liggen
Een van de atomen vormt een dubbele binding met C
het atoom met de dubbele binding zal niet meer kunnen roteren
de atomen die enkelvoudig zijn gebonden, kunnen wel vrij roteren
de vlakke structuur heeft ook weer veel gevolgen voor de biologische
gevolgen :
heeft invloed op de flexibiliteit van molecules, zoals bijvoorbeeld
o eiwitten
o nucleïnezuren
er kunnen ladingsveschillen optreden binnenin moleculen, door het
verschil in elektronegativiteit tussen de atomen.
Bepaald ook de polariteit van een molecule.
Sterkte interacties :
Covalenten bindingen zijn sterker bij kamerpemperatuur om de thermale
enrgie te weerstaan
Dubbele bindingen zijn nog sterker (er is meer enrergie nodig om een
dubbele binding te breken dan een enkelvoudige binding
Niet-covalente interacties breken wel makkelijk bij kamertemperatuur, ze
worden constant gebroken en terug opnieuw gebonden
= ze zijn transiënt
