Samenvatting Moleculaire Biologie Deel 1
Hoofdstuk 2 Atoms en Molecules
2.1
Elementen en chemische verbindingen
Organismen bestaan uit materie → materie is gemaakt van elementen → een chemische verbinding
is opgebouwd uit 2 of meer verschillende elementen in een vaste verhouding, bijvoorbeeld H2O.
Elementen van het leven
Essentiële elementen → 20-25% van de 92 elementen zijn noodzakelijke voor levende organismen.
96% van een organisme bestaat uit slechts 4 elementen:
- Zuurstof O
- Koolstof C
- Waterstof H
- Stikstof N
Overige 4% bestaat uit trace elements: slechts weinig van nodig. Sommige specifiek voor specifieke
organismen.
- Calcium Ca
- Fosfor P
- Kalium K
- Zwavel S
- Natrium Na
- Chloor Cl
- Magnesium Mg
2.2
Atomen
Atomen bestaan uit:
Protonen → positief geladen
Neutronen → neutraal
Elektronen → negatief geladen
Protonen en neutronen zitten samen in de
atoomkern, elektronen draaien er in een ‘wolk’
omheen. De kern is heel klein vergeleken met de
elektronenwolk.
Massagetal → protonen + neutronen
- Elk proton en neutron heeft een massa
van 1 Dalton (Da)
- Massa elektronen is verwaarloosbaar
- Linksboven van het element 4He
,Atoomnummer → aantal protonen
- Atomen met hetzelfde atoomnummer:
Zelfde chemische eigenschappen en hetzelfde element, niet altijd gelijke massa
- Linksonder van het element 2He
Isotopen en radioactief verval
Isotopen → atomen met hetzelfde aantal protonen maar een verschillend aantal neutronen,
daarmee een gelijk atoomnummer maar een ander massagetal.
Meeste isotopen zijn stabiel, sommige onstabiel → radioactieve isotopen.
Bijvoorbeeld Koolstof-14 naar Stikstof-14. De vervalsnelheid wordt uitgedrukt in halfwaardetijd. Het
vervallen van de helft van het aantal atomen. Deze varieert van seconden tot 109 jaren.
Toepassingen:
- Radioactieve tracers
- Radiometrische datering
Elektronen verdeling
Chemische eigenschappen van een atoom worden bepaald door de verdeling elektronen in
elektronenschillen. En dan voornamelijk de valentie elektronen → de elektronen in de buitenste
schil, de valentieschil.
1e schil → 2 elektronen
2e, 3e schil → 8 elektronen
,Elementen met dezelfde verdeling van de valentie elektronen hebben dezelfde chemische
eigenschappen. Atomen proberen hun valentieschil vol te krijgen. Elementen met een volle buitenste
schil zijn chemisch inert, ze reageren nauwelijks.
Elektronen bevinden zich in orbitalen. Een orbitaal is de ruimte waarin een elektron zich 90% van de
tijd bevindt. Elke elektronenschil bestaat uit een specifiek aantal orbitalen en iedere orbitaal kan
twee elektronen bevatten.
Schil 1: 1s
Schil 2: 2s, 2px, 2py, 2pz
Opvul volgorde orbitalen:
Schil 1: 2 elektronen in 1s
Schil 2: 2 elektronen in 2s
1 elektron in 2px
1 elektron in 2py
1 elektron in 2pz
1 elektron in 2px
1 elektron in 2py
1 elektron in 2pz
2.3
Bindingen
Covalente bindingen
Bindingen in moleculen, tussen atomen. Atomen met een incomplete valentieschil proberen deze vol
te maken door elektronenparen te delen. Het is een sterke binding. Er kunnen meerdere covalente
bindingen tegelijk gedeeld worden.
Elektronen in een covalente binding worden niet altijd gelijk verdeeld. Dit heeft te maken met de
elektronegativiteit. Deze is afhankelijk van het aantal protonen en de aftand van de schil tot de kern.
Algemene regel: hoe verder naar boven en rechts, hoe hoger de elektronegativiteit. Deze elementen
trekken het hardst aan de elektronen. O>N>S,C>H,P
1. Niet-polaire covalente binding
Elektronen gelijk verdeeld. Verschil elektronegativiteit <0,5
2. Polaire covalente binding
Elektronen meer naar een van de atomen getrokken. Verschil elektronegativiteit 0,5-1,6. Dit
zorgt voor partiële ladingen in het molecuul.
, Ionbinding
Bindingen tussen atomen, waarbij er elektronen worden overgedragen. Dit gebeurt bij een verschil in
elektronegativiteit van >1,6. Na de overdracht zijn beide atomen geladen → ion. Positief geladen
kation, negatief geladen anion. Stoffen met ionbindingen zijn vaak zouten en vormen kristallen.
Weergave van moleculen:
- Moleculaire formule
- Lewis Dot structuur
- Structuurformule
- Space-Filling model
Zwakke chemische interacties
Waterstofbruggen
Bindingen tussen moleculen waarbij een waterstofatoom dat covalent gekoppeld is aan een sterk
elektronegatief atoom, aangetrokken wordt tot een ander elektronegatief atoom.
Van der Waals krachten
Door toeval worden elektronen niet gelijkmatig verdeeld over een molecuul (vooral grote bij grote
moleculen). Door de interne ladingsverschillen ontstaan er aantrekkingskrachten tussen moleculen
die dicht bij elkaar zijn.
Dit soort zwakke chemische reacties zorgen ervoor dat veel grote biologische moleculen in vorm
blijven. Bijvoorbeeld DNA-moleculen. Het voordeel is dat deze reacties reversibel zijn, bijvoorbeeld
als er van DNA, RNA gemaakt moet worden.
Molecuulvorm en functie
De vorm van moleculen wordt bepaald door de positie van de orbitalen.
Op het moment dat een molecuul bindingen gaat vormen, zijn
elektronen gaat delen, dan ontstaan er nieuwe orbitalen. Vaak ontstaan
er sp3 orbitalen. Dit zorgt voor tetrahedron vorming. De vorm van een
molecuul bepaalt de functie. Bepaalde moleculen binden alleen
receptoren waar ze perfect op passen. Interacties tussen moleculen
wordt bepaald door de vorm van biomoleculen.
2.4
Chemische reacties en bindingen
Chemische reacties maken en breken verbindingen. De startmoleculen noemen we reactanten of
substraat. De eindemoleculen noemt men de producten. In theorie zijn alle reacties reversibel.
Reacties verlopen meestal tot er een chemisch evenwicht is.
Hoofdstuk 2 Atoms en Molecules
2.1
Elementen en chemische verbindingen
Organismen bestaan uit materie → materie is gemaakt van elementen → een chemische verbinding
is opgebouwd uit 2 of meer verschillende elementen in een vaste verhouding, bijvoorbeeld H2O.
Elementen van het leven
Essentiële elementen → 20-25% van de 92 elementen zijn noodzakelijke voor levende organismen.
96% van een organisme bestaat uit slechts 4 elementen:
- Zuurstof O
- Koolstof C
- Waterstof H
- Stikstof N
Overige 4% bestaat uit trace elements: slechts weinig van nodig. Sommige specifiek voor specifieke
organismen.
- Calcium Ca
- Fosfor P
- Kalium K
- Zwavel S
- Natrium Na
- Chloor Cl
- Magnesium Mg
2.2
Atomen
Atomen bestaan uit:
Protonen → positief geladen
Neutronen → neutraal
Elektronen → negatief geladen
Protonen en neutronen zitten samen in de
atoomkern, elektronen draaien er in een ‘wolk’
omheen. De kern is heel klein vergeleken met de
elektronenwolk.
Massagetal → protonen + neutronen
- Elk proton en neutron heeft een massa
van 1 Dalton (Da)
- Massa elektronen is verwaarloosbaar
- Linksboven van het element 4He
,Atoomnummer → aantal protonen
- Atomen met hetzelfde atoomnummer:
Zelfde chemische eigenschappen en hetzelfde element, niet altijd gelijke massa
- Linksonder van het element 2He
Isotopen en radioactief verval
Isotopen → atomen met hetzelfde aantal protonen maar een verschillend aantal neutronen,
daarmee een gelijk atoomnummer maar een ander massagetal.
Meeste isotopen zijn stabiel, sommige onstabiel → radioactieve isotopen.
Bijvoorbeeld Koolstof-14 naar Stikstof-14. De vervalsnelheid wordt uitgedrukt in halfwaardetijd. Het
vervallen van de helft van het aantal atomen. Deze varieert van seconden tot 109 jaren.
Toepassingen:
- Radioactieve tracers
- Radiometrische datering
Elektronen verdeling
Chemische eigenschappen van een atoom worden bepaald door de verdeling elektronen in
elektronenschillen. En dan voornamelijk de valentie elektronen → de elektronen in de buitenste
schil, de valentieschil.
1e schil → 2 elektronen
2e, 3e schil → 8 elektronen
,Elementen met dezelfde verdeling van de valentie elektronen hebben dezelfde chemische
eigenschappen. Atomen proberen hun valentieschil vol te krijgen. Elementen met een volle buitenste
schil zijn chemisch inert, ze reageren nauwelijks.
Elektronen bevinden zich in orbitalen. Een orbitaal is de ruimte waarin een elektron zich 90% van de
tijd bevindt. Elke elektronenschil bestaat uit een specifiek aantal orbitalen en iedere orbitaal kan
twee elektronen bevatten.
Schil 1: 1s
Schil 2: 2s, 2px, 2py, 2pz
Opvul volgorde orbitalen:
Schil 1: 2 elektronen in 1s
Schil 2: 2 elektronen in 2s
1 elektron in 2px
1 elektron in 2py
1 elektron in 2pz
1 elektron in 2px
1 elektron in 2py
1 elektron in 2pz
2.3
Bindingen
Covalente bindingen
Bindingen in moleculen, tussen atomen. Atomen met een incomplete valentieschil proberen deze vol
te maken door elektronenparen te delen. Het is een sterke binding. Er kunnen meerdere covalente
bindingen tegelijk gedeeld worden.
Elektronen in een covalente binding worden niet altijd gelijk verdeeld. Dit heeft te maken met de
elektronegativiteit. Deze is afhankelijk van het aantal protonen en de aftand van de schil tot de kern.
Algemene regel: hoe verder naar boven en rechts, hoe hoger de elektronegativiteit. Deze elementen
trekken het hardst aan de elektronen. O>N>S,C>H,P
1. Niet-polaire covalente binding
Elektronen gelijk verdeeld. Verschil elektronegativiteit <0,5
2. Polaire covalente binding
Elektronen meer naar een van de atomen getrokken. Verschil elektronegativiteit 0,5-1,6. Dit
zorgt voor partiële ladingen in het molecuul.
, Ionbinding
Bindingen tussen atomen, waarbij er elektronen worden overgedragen. Dit gebeurt bij een verschil in
elektronegativiteit van >1,6. Na de overdracht zijn beide atomen geladen → ion. Positief geladen
kation, negatief geladen anion. Stoffen met ionbindingen zijn vaak zouten en vormen kristallen.
Weergave van moleculen:
- Moleculaire formule
- Lewis Dot structuur
- Structuurformule
- Space-Filling model
Zwakke chemische interacties
Waterstofbruggen
Bindingen tussen moleculen waarbij een waterstofatoom dat covalent gekoppeld is aan een sterk
elektronegatief atoom, aangetrokken wordt tot een ander elektronegatief atoom.
Van der Waals krachten
Door toeval worden elektronen niet gelijkmatig verdeeld over een molecuul (vooral grote bij grote
moleculen). Door de interne ladingsverschillen ontstaan er aantrekkingskrachten tussen moleculen
die dicht bij elkaar zijn.
Dit soort zwakke chemische reacties zorgen ervoor dat veel grote biologische moleculen in vorm
blijven. Bijvoorbeeld DNA-moleculen. Het voordeel is dat deze reacties reversibel zijn, bijvoorbeeld
als er van DNA, RNA gemaakt moet worden.
Molecuulvorm en functie
De vorm van moleculen wordt bepaald door de positie van de orbitalen.
Op het moment dat een molecuul bindingen gaat vormen, zijn
elektronen gaat delen, dan ontstaan er nieuwe orbitalen. Vaak ontstaan
er sp3 orbitalen. Dit zorgt voor tetrahedron vorming. De vorm van een
molecuul bepaalt de functie. Bepaalde moleculen binden alleen
receptoren waar ze perfect op passen. Interacties tussen moleculen
wordt bepaald door de vorm van biomoleculen.
2.4
Chemische reacties en bindingen
Chemische reacties maken en breken verbindingen. De startmoleculen noemen we reactanten of
substraat. De eindemoleculen noemt men de producten. In theorie zijn alle reacties reversibel.
Reacties verlopen meestal tot er een chemisch evenwicht is.
