Cel II : biochemie
1 DE ZWAKKE KRACHTEN EN HUN ROL IN BIOCHEMIE
1.1.WATERMOLECULEN VORMEN EEN NETWERK VIA WATERSTOFBRUGGEN
• Waterstofmolecule: geometrie -> polaire structuur -> dipoolmoment; zuurstofatoom = partieel
negatief en waterstofatoom = partieel positief
• Waterstofbrug: interactie tussen vrij elektronenpaar van het zuurstofatoom en het waterstofatoom
van een naburig watermolecule
Energie waterstofbruggen (5kcal/mol) < covalente binding (110 kcal/mol)
Afstand atomen in waterstofbruggen (2,7A) > covalente binding (1,2A)
1.2.WATERSTOFBRUGGEN ONTSTAAN OOK TUSSEN BIOMOLECULEN MET DE
GESCHIKTE FUNCTIONELE GROEPEN
Waterstofbruggen à goede oplosbaarheid in water = hydrofiel
Waterstofbruggen tussen watermoleculen en moleculen die een geschikte functionele groep hebben
met atomen met een elektronegatief karakter (zoals zuurstof en stiksofatomen): alcohol-, amino-,
carbonyl- en amidegroepen.
• Groep die een waterstof afgeeft: waterstofdonor
• Groep die een waterstof aanneemt: waterstofacceptor
è Lineaire waterstofbruggen zijn de sterkste.
1.3.IONAIRE BINDING
Wanneer het verschil in elektronegatief karakter groot is, kan het elektronenpaar in de
waterstofbrugdonormolecule effectief naar het meest elektronegatieve atoom overgaan
• Negatief geladen groep: anion
• H+ kan associëren met een ander atoom met vorming van een positieve lading: kation
Wet van Coulomb: aantrekkingskracht, niet afhankelijk van een richting (in tegenstelling tot covalente
bindingen en waterstofbruggen)
Deëlectriciteitsconstante D: geeft aantrekkingskracht weer, in vaccuum = 1, in water = 80 à in water
is de aantrekkingskracht dus afgezwakt (8kcal/mol)
Water: lost ionen goed op è partiële negatieve ladingen oriënteren zich naar de positieve ladingen
van vb. metaalionen (Na+, K+, Mg2+, Ca2+) => watermantel
1.4.DE VAN-DER-WAALS-INTERACTIE
// afstand tussen atomen
Geïnduceerde dipolen bij samenkomen moleculen. Wanneer atomen elkaar te dicht naderen à
afstoting, omdat ze in elkaars volume binnendringen
Optimale afstand: ongeveer tweemaal afstand van de covalente binding
Energie: 1kcal/mol
1
, Cel II : biochemie
1.5.HET HYDROFOBE EFFECT
Hydrofobe moleculen: moeilijk oplosbaar in water
è Meerdere hydrofobe moleculen associëren met elkaar, grootte van het hydrofobe oppervlak wordt
kleiner.
1.6.VELE KLEINTJES MAKEN ÉÉN GROOT
Ruimtelijke en fysicochemische (+-) complementariteit zijn nodig voor interactie.
2
, Cel II : biochemie
2 LIPIDEN EN CELLULAIRE MEMBRANEN
4 klassen organische macromoleculen: EW, polynucleotiden, suikers & vetten/lipiden
2.1 INLEIDING
Lipiden:
• Hydrofoob karakter, wateronoplosbaar (weinig ladingen)
• Amfipatisch
o Koolstofatomen & waterstofatomen à alifatisch (apolair)
o Carboxylgroep à licht polair door negatieve lading
o Grootste deel is apolair
• Rollen
o Brandstof: cellen kunnen uit vetzuren E maken
o Signaalmoleculen
o Structurele functie in biologische membraan
• 3 groepen
o Fosfolipiden
o Glycolipiden
o Cholesterol = precursor alle steroïd hormonen
§ Maar 1 variant!
MEDISCH BELANG?
Multiple sclerose: ptn verliezen bepaalde lipide, nl. plasmalogen à demyelinatie è oogproblemen
• Myelineschede isoleert ladingen thv axon
Hartaandoeningen: antilichamen tegen fosfolipiden
Alzheimer: verhoogde afbraak membraanfosfolipiden
2.2 FOSFOLIPIDEN
Algemene structuur: glycerolruggengraat
• C1: vetzuurketen
• C2: chiraal centrum
• C3: fosfaatgroep (P) à vaak veresterd (polair alcohol)
o Ethanolamine, choline, serine of inositol
§ Inositolring: 1 of meerdere fosfaatgroep(en) à PIP
• Interageren met membraangeassocieerde EW/ zijn secundaire
boodschappermoleculen
o Niet veresterd = diacylglycerol-3-fosfaat
• Vaak 14-24 c-atomen
Geen dubbele bindingen = verzadigde vetzuren
Dubbele bindingen = onverzadigde vetzuren
Aard van de groep op P bepaalt de lading:
• Neutraal: fosfatidylcholine, ethanolamine
• Negatief: fosfatidylserine, fosfatidylinositol
• Meerdere negatieve ladingen: fosfatidylinositol-4-fosfaat, PIP₂ (PI-4,5-bisfosfaat), PIP₃ (PI-3,4,5-
trisfosfaat)
Elk glycerol PL:
• Polair deel
o Fosfaaatgroepen, carbonyl O & alles wat aan de P kan hangen
• Apolair deel
o R1 & R2
3
, Cel II : biochemie
DIFOSFATIDYLGLYCEROL
2 fosfatidinezuurmoleculen via extra glycerol met elkaar verbonden
à 4 vetzuurketens
ACYLKETENS NATUURLIJKE FOSFOLIPIDEN
• Palmitinezuur C16 (verzadigd)
• Stearinezuur C18 (verzadigd)
• Oleïnezuur C18 (1 dubbele binding)
• Linolinezuur C20 (2 dubbele bindingen)
• Arachidonzuur C20 (4 dubbele bindingen)
o Meestal op R2
o Precursor prostaglandines (koortssymptomen) door COX à NSAIDS blokkeren COX-2
zodat geen prostaglandines niet gemaakt w
DIERLIJKE MEMBRANEN
è Varianten op glycerofosfolipiden
• Moleculen met etherbinding op C1
o Cholineplasmalogen, ethanolamineplasmalogen
• Lysofosfolipiden
o LYSO = 1 vetzuurketen
o Lysofosfatidylcholine, lysofosfatidylethanolamine
o Minder hydrofoob à makkelijker uit membraan ontsnappen
• Sfingomyeline
o Fosfocholinegroep veresterd met sfingosine
2.3 GLYCOLIPIDEN
= Afgeleid van sfingosine
• Suikergroep ipv fosfocholinegroep
• 3 groepen
o Cerebrosiden: keten < 5 onvertakte suikers lineair aan elkaar gekoppeld
§ Eerste suiker: glucose (vaak)
§ Verder: galactose/ N-acetylgalactosamine
o 2e groep: vertakte, langere, neutrale suikerketens
o Gangliosiden: complexere suikerketens
§ 1 of meerdere – geladen N-acetylneuraminezuur ingebouwd
4
1 DE ZWAKKE KRACHTEN EN HUN ROL IN BIOCHEMIE
1.1.WATERMOLECULEN VORMEN EEN NETWERK VIA WATERSTOFBRUGGEN
• Waterstofmolecule: geometrie -> polaire structuur -> dipoolmoment; zuurstofatoom = partieel
negatief en waterstofatoom = partieel positief
• Waterstofbrug: interactie tussen vrij elektronenpaar van het zuurstofatoom en het waterstofatoom
van een naburig watermolecule
Energie waterstofbruggen (5kcal/mol) < covalente binding (110 kcal/mol)
Afstand atomen in waterstofbruggen (2,7A) > covalente binding (1,2A)
1.2.WATERSTOFBRUGGEN ONTSTAAN OOK TUSSEN BIOMOLECULEN MET DE
GESCHIKTE FUNCTIONELE GROEPEN
Waterstofbruggen à goede oplosbaarheid in water = hydrofiel
Waterstofbruggen tussen watermoleculen en moleculen die een geschikte functionele groep hebben
met atomen met een elektronegatief karakter (zoals zuurstof en stiksofatomen): alcohol-, amino-,
carbonyl- en amidegroepen.
• Groep die een waterstof afgeeft: waterstofdonor
• Groep die een waterstof aanneemt: waterstofacceptor
è Lineaire waterstofbruggen zijn de sterkste.
1.3.IONAIRE BINDING
Wanneer het verschil in elektronegatief karakter groot is, kan het elektronenpaar in de
waterstofbrugdonormolecule effectief naar het meest elektronegatieve atoom overgaan
• Negatief geladen groep: anion
• H+ kan associëren met een ander atoom met vorming van een positieve lading: kation
Wet van Coulomb: aantrekkingskracht, niet afhankelijk van een richting (in tegenstelling tot covalente
bindingen en waterstofbruggen)
Deëlectriciteitsconstante D: geeft aantrekkingskracht weer, in vaccuum = 1, in water = 80 à in water
is de aantrekkingskracht dus afgezwakt (8kcal/mol)
Water: lost ionen goed op è partiële negatieve ladingen oriënteren zich naar de positieve ladingen
van vb. metaalionen (Na+, K+, Mg2+, Ca2+) => watermantel
1.4.DE VAN-DER-WAALS-INTERACTIE
// afstand tussen atomen
Geïnduceerde dipolen bij samenkomen moleculen. Wanneer atomen elkaar te dicht naderen à
afstoting, omdat ze in elkaars volume binnendringen
Optimale afstand: ongeveer tweemaal afstand van de covalente binding
Energie: 1kcal/mol
1
, Cel II : biochemie
1.5.HET HYDROFOBE EFFECT
Hydrofobe moleculen: moeilijk oplosbaar in water
è Meerdere hydrofobe moleculen associëren met elkaar, grootte van het hydrofobe oppervlak wordt
kleiner.
1.6.VELE KLEINTJES MAKEN ÉÉN GROOT
Ruimtelijke en fysicochemische (+-) complementariteit zijn nodig voor interactie.
2
, Cel II : biochemie
2 LIPIDEN EN CELLULAIRE MEMBRANEN
4 klassen organische macromoleculen: EW, polynucleotiden, suikers & vetten/lipiden
2.1 INLEIDING
Lipiden:
• Hydrofoob karakter, wateronoplosbaar (weinig ladingen)
• Amfipatisch
o Koolstofatomen & waterstofatomen à alifatisch (apolair)
o Carboxylgroep à licht polair door negatieve lading
o Grootste deel is apolair
• Rollen
o Brandstof: cellen kunnen uit vetzuren E maken
o Signaalmoleculen
o Structurele functie in biologische membraan
• 3 groepen
o Fosfolipiden
o Glycolipiden
o Cholesterol = precursor alle steroïd hormonen
§ Maar 1 variant!
MEDISCH BELANG?
Multiple sclerose: ptn verliezen bepaalde lipide, nl. plasmalogen à demyelinatie è oogproblemen
• Myelineschede isoleert ladingen thv axon
Hartaandoeningen: antilichamen tegen fosfolipiden
Alzheimer: verhoogde afbraak membraanfosfolipiden
2.2 FOSFOLIPIDEN
Algemene structuur: glycerolruggengraat
• C1: vetzuurketen
• C2: chiraal centrum
• C3: fosfaatgroep (P) à vaak veresterd (polair alcohol)
o Ethanolamine, choline, serine of inositol
§ Inositolring: 1 of meerdere fosfaatgroep(en) à PIP
• Interageren met membraangeassocieerde EW/ zijn secundaire
boodschappermoleculen
o Niet veresterd = diacylglycerol-3-fosfaat
• Vaak 14-24 c-atomen
Geen dubbele bindingen = verzadigde vetzuren
Dubbele bindingen = onverzadigde vetzuren
Aard van de groep op P bepaalt de lading:
• Neutraal: fosfatidylcholine, ethanolamine
• Negatief: fosfatidylserine, fosfatidylinositol
• Meerdere negatieve ladingen: fosfatidylinositol-4-fosfaat, PIP₂ (PI-4,5-bisfosfaat), PIP₃ (PI-3,4,5-
trisfosfaat)
Elk glycerol PL:
• Polair deel
o Fosfaaatgroepen, carbonyl O & alles wat aan de P kan hangen
• Apolair deel
o R1 & R2
3
, Cel II : biochemie
DIFOSFATIDYLGLYCEROL
2 fosfatidinezuurmoleculen via extra glycerol met elkaar verbonden
à 4 vetzuurketens
ACYLKETENS NATUURLIJKE FOSFOLIPIDEN
• Palmitinezuur C16 (verzadigd)
• Stearinezuur C18 (verzadigd)
• Oleïnezuur C18 (1 dubbele binding)
• Linolinezuur C20 (2 dubbele bindingen)
• Arachidonzuur C20 (4 dubbele bindingen)
o Meestal op R2
o Precursor prostaglandines (koortssymptomen) door COX à NSAIDS blokkeren COX-2
zodat geen prostaglandines niet gemaakt w
DIERLIJKE MEMBRANEN
è Varianten op glycerofosfolipiden
• Moleculen met etherbinding op C1
o Cholineplasmalogen, ethanolamineplasmalogen
• Lysofosfolipiden
o LYSO = 1 vetzuurketen
o Lysofosfatidylcholine, lysofosfatidylethanolamine
o Minder hydrofoob à makkelijker uit membraan ontsnappen
• Sfingomyeline
o Fosfocholinegroep veresterd met sfingosine
2.3 GLYCOLIPIDEN
= Afgeleid van sfingosine
• Suikergroep ipv fosfocholinegroep
• 3 groepen
o Cerebrosiden: keten < 5 onvertakte suikers lineair aan elkaar gekoppeld
§ Eerste suiker: glucose (vaak)
§ Verder: galactose/ N-acetylgalactosamine
o 2e groep: vertakte, langere, neutrale suikerketens
o Gangliosiden: complexere suikerketens
§ 1 of meerdere – geladen N-acetylneuraminezuur ingebouwd
4
