Biochemie samenvatting
Biomoleculen en hun Hoofdtypes
I.1 Biomoleculen: Organische (Macro)moleculen
• Bestudeerd in de biochemie als 'moleculen van het leven'.
• Omvatten kleine moleculen (suikers, vitaminen, hormonen) en macromoleculen
(eiwitten, nucleïnezuren).
• Bestaan voornamelijk uit C, H, O, N, S, P.
• Structuren voorgesteld met skeletvoorstellingen (vereenvoudigde chemische
structuren).
• 3D-vorm is essentieel voor functie, met interacties via covalente en niet-
covalente bindingen.
I.2 Overzicht van de Biomoleculen
Vier hoofdtypes:
1. Eiwitten (proteïnen) – opgebouwd uit (20) aminozuren (heterobiopolymeren),
essentieel voor enzymatische reacties, transport, structuur.
2. Nucleïnezuren (DNA/RNA) – biopolymeren met erfelijke informatie, ATP als
belangrijke energiedrager.
3. Polysachariden (suikers) – opgebouwd uit monosachariden (bijv. glucose),
energieopslag (glycogeen, zetmeel).
4. Lipiden (vetten) – geen biopolymeren, maar essentieel voor energieopslag en
celmembranen.
I.3 Functionele groepen en hun eigenschappen
Biomoleculen bestaan uit een koolstofskelet met daarop functionele groepen
Koolstofskelet
• Het koolstofskelet wordt vaak voorgesteld als R.
• Kan lineair (onvertakt), vertakt of cyclisch zijn.
• Alkylgroepen: methyl, ethyl, propyl, butyl... (zie tabel p. 4).
• Apolair karakter: Koolstofketens zijn hydrofoob door C-C en C-H bindingen
zonder netto-dipoolmoment.
,Functionele groepen
• Bestaan uit atomen zoals S, O, P, N die covalent aan het koolstofskelet binden.
• Door elektronegatieve atomen zoals O en N zijn veel bindingen gepolariseerd.
• Polair karakter: Functionele groepen maken biomoleculen hydrofiel.
• In waterige milieus (zoals bloed, celomgeving) zijn polaire groepen essentieel.
Overzicht functionele groepen en eigenschappen (zie Tabel I.1)
Functionele groep Structuur Eigenschappen
Alkylgroep R-CH3 Hydrofoob, apolair
Hydroxylgroep
R-OH Polair, hydrofiel
(alcohol)
Thiolgroep R-SH Polair, hydrofiel
R-NH2, R2NH,
Aminegroep Polair, hydrofiel, basisch (neemt H⁺ op)
R3N
Aldehyde R-CHO Polair, hydrofiel
Keton R-CO-R' Polair, hydrofiel
Polair, hydrofiel, zuur (staat H⁺ af, wordt
Carboxylgroep (zuur) R-COOH
RCOO⁻)
Ester R-COOR' Polair, hydrofiel
Amide R-CONH2 Polair, hydrofiel
Ether R-O-R' Zwak polair
Thioëther R-S-R' Zwak polair, eerder apolair
Fosfaatgroep R-PO₄ Polair, hydrofiel, zuur (kan 2 H⁺ afstaan)
Belangrijke verschillen
• Aldehyde vs keton: Beide hebben een carbonylgroep (C=O), maar aldehyde zit
eindstandig, keton niet.
• Carboxyl vs carbonyl: Carboxylgroep (R-COOH) heeft zure eigenschappen en
kan H⁺ afstaan.
• Amine vs amide:
, o Amine (-NH₂) is basisch en kan een H⁺ opnemen tot -NH₃⁺.
o Amide (-CONH₂) is niet basisch en draagt nooit een lading.
Chemische reacties tussen functionele groepen
• Estervorming: Carboxyl + Hydroxyl → Ester + H₂O
o R-COOH + R’-OH → R-COOR’ + H₂O
• Amidevorming: Geactiveerde Carboxyl + Amine → Amide
• Hydrolyse: Esters en amiden kunnen met water weer afbreken.
I.5 Zwakke krachten tussen biomoleculen
Biomoleculen interageren met elkaar via niet-covalente krachten die elektrostatisch
van aard zijn (aantrekking tussen ladingen of partiële ladingen).
Tussen polaire functionele groepen
• Zoutbrug
o Aantrekking tussen ionen (kation en anion).
o Sterkte bepaald door Coulombkracht: rechtevenredig met de ladingen en
omgekeerd evenredig met r² en de diëlektrische constante D.
o In water afgezwakt door hydraterende watermantel.
o Belangrijk bij eiwitopvouwing en enzymwerking.
• Dipool-dipoolkracht (Keesomkracht)
o Aantrekking tussen moleculen met partiële ladingen (δ+ en δ-).
o Zwakker dan zoutbruggen.
o Sterkte rechtevenredig met het product van de dipoolmomenten en
omgekeerd evenredig met r³.
• Waterstofbrug (H-brug)
o Aantrekking tussen een waterstofdonor (O-H of N-H) en een
waterstofacceptor (O of N met een vrij elektronenpaar).
o Sterker dan dipool-dipoolkrachten (10-30 kJ/mol), maar zwakker dan
covalente bindingen.
o Lineaire H-bruggen zijn sterker dan niet-lineaire.
o Belangrijk bij eiwitstructuren (α-helix), DNA-structuur en moleculaire
herkenning.
, Tussen apolaire functionele groepen
• Londonkrachten (van der Waals krachten)
o Zwakke aantrekking door tijdelijke dipolen in apolaire moleculen.
o Sterkte afhankelijk van molecuulgrootte en onderlinge afstand.
o Belangrijk voor stabilisatie van hydrofobe structuren.
Effect van water op zwakke krachten
• Hydratatie: Watermoleculen vormen een watermantel rond polaire groepen (H-
bruggen, ion-dipool- en dipool-dipoolinteracties).
• Competitie met biomoleculen: Zoutbruggen en H-bruggen worden afgezwakt in
water.
• Hydrofoob effect:
o Apolaire moleculen lossen slecht op in water.
o Watermoleculen ordenen zich rond hydrofobe groepen → verlaging van
entropie (onvoordelig).
o Hydrofobe moleculen aggregeren spontaan door Londonkrachten, wat
leidt tot celmembraanvorming.
I.6 Het belang van zwakke krachten in biologische systemen
Vele kleintjes maken één groot
• Individuele zwakke krachten leveren weinig energie, maar samen zorgen ze voor
voldoende stabiliteit.
• Grote biomoleculen zoals DNA en eiwitten gebruiken veel zwakke interacties om
bindingen in stand te houden.
Co-operativiteit
• Zwakke krachten werken niet onafhankelijk: als een paar bindingen vormen,
worden andere groepen dichter bij elkaar gebracht en versterken ze elkaar.
Dynamisch karakter
• Zwakke interacties maken moleculaire complexen flexibel en niet rigide, wat
essentieel is voor biologische processen.
• Voorbeelden:
o DNA-helix: Waterstofbruggen moeten tijdelijk openbreken voor replicatie
en transcriptie.
Biomoleculen en hun Hoofdtypes
I.1 Biomoleculen: Organische (Macro)moleculen
• Bestudeerd in de biochemie als 'moleculen van het leven'.
• Omvatten kleine moleculen (suikers, vitaminen, hormonen) en macromoleculen
(eiwitten, nucleïnezuren).
• Bestaan voornamelijk uit C, H, O, N, S, P.
• Structuren voorgesteld met skeletvoorstellingen (vereenvoudigde chemische
structuren).
• 3D-vorm is essentieel voor functie, met interacties via covalente en niet-
covalente bindingen.
I.2 Overzicht van de Biomoleculen
Vier hoofdtypes:
1. Eiwitten (proteïnen) – opgebouwd uit (20) aminozuren (heterobiopolymeren),
essentieel voor enzymatische reacties, transport, structuur.
2. Nucleïnezuren (DNA/RNA) – biopolymeren met erfelijke informatie, ATP als
belangrijke energiedrager.
3. Polysachariden (suikers) – opgebouwd uit monosachariden (bijv. glucose),
energieopslag (glycogeen, zetmeel).
4. Lipiden (vetten) – geen biopolymeren, maar essentieel voor energieopslag en
celmembranen.
I.3 Functionele groepen en hun eigenschappen
Biomoleculen bestaan uit een koolstofskelet met daarop functionele groepen
Koolstofskelet
• Het koolstofskelet wordt vaak voorgesteld als R.
• Kan lineair (onvertakt), vertakt of cyclisch zijn.
• Alkylgroepen: methyl, ethyl, propyl, butyl... (zie tabel p. 4).
• Apolair karakter: Koolstofketens zijn hydrofoob door C-C en C-H bindingen
zonder netto-dipoolmoment.
,Functionele groepen
• Bestaan uit atomen zoals S, O, P, N die covalent aan het koolstofskelet binden.
• Door elektronegatieve atomen zoals O en N zijn veel bindingen gepolariseerd.
• Polair karakter: Functionele groepen maken biomoleculen hydrofiel.
• In waterige milieus (zoals bloed, celomgeving) zijn polaire groepen essentieel.
Overzicht functionele groepen en eigenschappen (zie Tabel I.1)
Functionele groep Structuur Eigenschappen
Alkylgroep R-CH3 Hydrofoob, apolair
Hydroxylgroep
R-OH Polair, hydrofiel
(alcohol)
Thiolgroep R-SH Polair, hydrofiel
R-NH2, R2NH,
Aminegroep Polair, hydrofiel, basisch (neemt H⁺ op)
R3N
Aldehyde R-CHO Polair, hydrofiel
Keton R-CO-R' Polair, hydrofiel
Polair, hydrofiel, zuur (staat H⁺ af, wordt
Carboxylgroep (zuur) R-COOH
RCOO⁻)
Ester R-COOR' Polair, hydrofiel
Amide R-CONH2 Polair, hydrofiel
Ether R-O-R' Zwak polair
Thioëther R-S-R' Zwak polair, eerder apolair
Fosfaatgroep R-PO₄ Polair, hydrofiel, zuur (kan 2 H⁺ afstaan)
Belangrijke verschillen
• Aldehyde vs keton: Beide hebben een carbonylgroep (C=O), maar aldehyde zit
eindstandig, keton niet.
• Carboxyl vs carbonyl: Carboxylgroep (R-COOH) heeft zure eigenschappen en
kan H⁺ afstaan.
• Amine vs amide:
, o Amine (-NH₂) is basisch en kan een H⁺ opnemen tot -NH₃⁺.
o Amide (-CONH₂) is niet basisch en draagt nooit een lading.
Chemische reacties tussen functionele groepen
• Estervorming: Carboxyl + Hydroxyl → Ester + H₂O
o R-COOH + R’-OH → R-COOR’ + H₂O
• Amidevorming: Geactiveerde Carboxyl + Amine → Amide
• Hydrolyse: Esters en amiden kunnen met water weer afbreken.
I.5 Zwakke krachten tussen biomoleculen
Biomoleculen interageren met elkaar via niet-covalente krachten die elektrostatisch
van aard zijn (aantrekking tussen ladingen of partiële ladingen).
Tussen polaire functionele groepen
• Zoutbrug
o Aantrekking tussen ionen (kation en anion).
o Sterkte bepaald door Coulombkracht: rechtevenredig met de ladingen en
omgekeerd evenredig met r² en de diëlektrische constante D.
o In water afgezwakt door hydraterende watermantel.
o Belangrijk bij eiwitopvouwing en enzymwerking.
• Dipool-dipoolkracht (Keesomkracht)
o Aantrekking tussen moleculen met partiële ladingen (δ+ en δ-).
o Zwakker dan zoutbruggen.
o Sterkte rechtevenredig met het product van de dipoolmomenten en
omgekeerd evenredig met r³.
• Waterstofbrug (H-brug)
o Aantrekking tussen een waterstofdonor (O-H of N-H) en een
waterstofacceptor (O of N met een vrij elektronenpaar).
o Sterker dan dipool-dipoolkrachten (10-30 kJ/mol), maar zwakker dan
covalente bindingen.
o Lineaire H-bruggen zijn sterker dan niet-lineaire.
o Belangrijk bij eiwitstructuren (α-helix), DNA-structuur en moleculaire
herkenning.
, Tussen apolaire functionele groepen
• Londonkrachten (van der Waals krachten)
o Zwakke aantrekking door tijdelijke dipolen in apolaire moleculen.
o Sterkte afhankelijk van molecuulgrootte en onderlinge afstand.
o Belangrijk voor stabilisatie van hydrofobe structuren.
Effect van water op zwakke krachten
• Hydratatie: Watermoleculen vormen een watermantel rond polaire groepen (H-
bruggen, ion-dipool- en dipool-dipoolinteracties).
• Competitie met biomoleculen: Zoutbruggen en H-bruggen worden afgezwakt in
water.
• Hydrofoob effect:
o Apolaire moleculen lossen slecht op in water.
o Watermoleculen ordenen zich rond hydrofobe groepen → verlaging van
entropie (onvoordelig).
o Hydrofobe moleculen aggregeren spontaan door Londonkrachten, wat
leidt tot celmembraanvorming.
I.6 Het belang van zwakke krachten in biologische systemen
Vele kleintjes maken één groot
• Individuele zwakke krachten leveren weinig energie, maar samen zorgen ze voor
voldoende stabiliteit.
• Grote biomoleculen zoals DNA en eiwitten gebruiken veel zwakke interacties om
bindingen in stand te houden.
Co-operativiteit
• Zwakke krachten werken niet onafhankelijk: als een paar bindingen vormen,
worden andere groepen dichter bij elkaar gebracht en versterken ze elkaar.
Dynamisch karakter
• Zwakke interacties maken moleculaire complexen flexibel en niet rigide, wat
essentieel is voor biologische processen.
• Voorbeelden:
o DNA-helix: Waterstofbruggen moeten tijdelijk openbreken voor replicatie
en transcriptie.
