Moleculaire biologie
samenvatting kennisclips deeltentamen 1
Legenda
vet → hoofdstuk titel
cursief → concept/hoofdonderdeel kennisclip
onderstreept → tussenkopje
Les 1
H2 Atoms & Molecules
Elementen en chemische verbindingen
Essentiële elementen zijn noodzakelijk voor levende organismen; 96% van een organisme
bestaat uit:
element afko valentie el. valentie
waterstof H 1 1
zuurstof O 6 2
stikstof N 5 3
koolstof C 4 4
4% uit trace elements → weinig van nodig & soms specifiek voor organisme
Atomen
● protonen +
● neutronen
● elektronen -
massagetal = aantal protonen + aantal neutronen
atoomnummer = aantal protonen
Isotopen & radioactief verval
isotopen = atomen met hetzelfde aantal protonen en een verschillend aantal neutronen
radioactieve isotopen = instabiel; koolstof 14 → stikstof 14; vervalsnelheid uitgedrukt in
halfwaardetijd
Elektronenverdeling
Chemische eigenschappen van atoom worden bepaald door valentie elektronen (aantal
elektronen in de buitenste schil)
Atomen proberen hun buitenste schil vol te krijgen
Elementen met dezelfde verdeling valentie elektronen hebben vergelijkbare chemische
eigenschappen
Orbitaal = ruimte waarin een elektron 90% van de tijd is, elke elektronenschil bestaat uit een
specifiek aantal orbitalen, elk orbitaal beval 2 elektronen die in volgorde worden gevuld;
schil 1: 1s
schil 2: 2s, 2px, 2py, 2pz
,Bindingen
covalente bindingen: elektronenparen delen → vormt molecuul
● interactie tussen atomen
● elektronenparen delen, dan tellen elektronen bij beiden
● elektronen worden niet altijd eerlijk gedeeld afh. van elektronegativiteit:
○ bepaald door aantal protonen & afstand van schil tot kern
○ ‘algemeen’ → meer naar rechts & meer naar boven in periodiek systeem,
hogere elektronegativiteit
○ 𝛅⁻ (hoge elektronegativiteit) trekt harder aan gedeelde elektronen
○ hoog O > N > S, C > H, P laag
○ type covalente binding:
■ niet polaire covalente binding als elektronen gelijk zijn verdeeld en
verschil in el. neg. kleiner is dan 0,5
■ polaire covalente binding als elektronen dichter bij 1 van de atomen
zitten, zorgt voor partiële ladingen in het molecuul, verschil in el. neg.
0,5 tot 1,6
ionbinding: elektronenoverdracht; verschil in el. neg. groter dan 1,6; levert een kation (+) en
een anion (-)
Zwakke chemische interacties
zorgen ervoor dat veel grote biologische moleculen in vorm blijven, voordeel is dat deze
interacties reversibel zijn
● waterstofbruggen: H atoom → covalent gekoppeld aan sterk elektronegatief atoom
(O), aangetrokken tot ander elektronegatief atoom (O of N)
● Van der Waals krachten: door toeval elektronen niet gelijkmatig verdeeld over
molecuul, daardoor aantrekkingskrachten tussen moleculen die erg dicht bij elkaar
zijn
Molecuulvorm & functie
vorm molecuul wordt bepaald door positie orbitalen
vorm van het molecuul bepaald functie, interactie wordt bepaald door vorm
Chemische reacties & bindingen
Reacties maken & breken chemische bindingen; reactanten/substraat → product
H3 The chemistry of water
Polariteit water
● polaire covalente binding
● water is een polair molecuul
● watermoleculen vormen waterstofbruggen; deze zijn zwak, kortdurend en wisselend
Cohesie eigenschappen
Door H bruggen blijven watermoleculen bij elkaar >>> cohesie
Aantrekking tussen verschillende stoffen (bv. water en glas) >>> adhesie
Oppervlaktespanning van water is vrij groot
Temperatuur & thermische energie
● thermische energie is de kinetische energie van de moleculen
● 2 objecten met elkaar in aanraking dan gaat thermische energie van warm object
naar koeler object
● water kan grote hoeveelheid energie absorberen: werkt als buffer, hoge specifieke
warmte; absorberen H bruggen breken & afgeven H bruggen vormen
● water heeft hoge verdampingswarmte (energie nodig voor 1 g vloeistof naar gas)
, Uitzetting bij bevriezing
Ijs vormt een kristalstructuur → waterstofbruggen worden niet meer verbroken
dichtheid ijs is lager dan van water
Water als oplosmiddel
Oplossing = vloeistof met homogene mix van stoffen
● solvent = oplosmiddel
● solute = opgeloste stof
Water is een uitstekend oplosmiddel, want het heeft een polair karakter en is daarmee ideaal
voor het oplossen van polaire moleculen en ionen
● hydrofiel = affiniteit voor water
● hydrofoob = geen affiniteit voor water
○ olie: veel niet polaire covalente bindingen
○ membranen: deels hydrofobe moleculen
Water & pH
2H₂O ⇌ H₃O⁺ + OH⁻
in water in chemisch evenwicht → in puur water evenveel H⁺ en OH⁻; [H⁺][OH⁻] = 10⁻¹⁴
door het toevoegen van zuren en basen verandert het evenwicht
pH = -log[H⁺]
0-7 = zuur
7 = neutraal
7-14 = basisch
Zuren, basen & buffers
Zuur laat [H⁺] stijgen, base laat [H⁺] dalen
sterk ontbindt volledig, zwak ontbindt deels
HZ + B ⇌ BH⁺ + Z⁻
bufferoplossing bestaat uit een zwak zuur en zijn geconjugeerde base; deze houdt de pH
stabiel
H4 Carbon: the basis of molecular diversity
Organische chemie
moleculen met koolstof = organisch
C kan 4 bindingen vormen en is dus een hele goede bouwstof met oneindig veel
mogelijkheden om stoffen te binden
Koolstofbindingen
C heeft valentie 4 en neemt een tetrahedron vorm aan (enkele binding) of vlak plat (dubbele
binding = rigide/star)
Koolstofstructuren
koolstofketens zijn skelet van organische moleculen
koolwaterstoffen (C & H) → fossiele brandstoffen, hydrofoob, veel biologische moleculen,
binding bevat veel energie en is niet polair
Isomeren
moleculen met dezelfde molecuulformule, maar een andere vorm
● structuurisomeren: verschil in hoe atomen zijn verbonden
● cis-trans isomeren: verschil in ruimtelijke oriëntatie (dubbele binding)
● enantiomeren: C met 4 verschillende groepen eraan; spiegelbeeld
Functionele groepen
wat bepaalt functie?
● vorm koolstof skelet
samenvatting kennisclips deeltentamen 1
Legenda
vet → hoofdstuk titel
cursief → concept/hoofdonderdeel kennisclip
onderstreept → tussenkopje
Les 1
H2 Atoms & Molecules
Elementen en chemische verbindingen
Essentiële elementen zijn noodzakelijk voor levende organismen; 96% van een organisme
bestaat uit:
element afko valentie el. valentie
waterstof H 1 1
zuurstof O 6 2
stikstof N 5 3
koolstof C 4 4
4% uit trace elements → weinig van nodig & soms specifiek voor organisme
Atomen
● protonen +
● neutronen
● elektronen -
massagetal = aantal protonen + aantal neutronen
atoomnummer = aantal protonen
Isotopen & radioactief verval
isotopen = atomen met hetzelfde aantal protonen en een verschillend aantal neutronen
radioactieve isotopen = instabiel; koolstof 14 → stikstof 14; vervalsnelheid uitgedrukt in
halfwaardetijd
Elektronenverdeling
Chemische eigenschappen van atoom worden bepaald door valentie elektronen (aantal
elektronen in de buitenste schil)
Atomen proberen hun buitenste schil vol te krijgen
Elementen met dezelfde verdeling valentie elektronen hebben vergelijkbare chemische
eigenschappen
Orbitaal = ruimte waarin een elektron 90% van de tijd is, elke elektronenschil bestaat uit een
specifiek aantal orbitalen, elk orbitaal beval 2 elektronen die in volgorde worden gevuld;
schil 1: 1s
schil 2: 2s, 2px, 2py, 2pz
,Bindingen
covalente bindingen: elektronenparen delen → vormt molecuul
● interactie tussen atomen
● elektronenparen delen, dan tellen elektronen bij beiden
● elektronen worden niet altijd eerlijk gedeeld afh. van elektronegativiteit:
○ bepaald door aantal protonen & afstand van schil tot kern
○ ‘algemeen’ → meer naar rechts & meer naar boven in periodiek systeem,
hogere elektronegativiteit
○ 𝛅⁻ (hoge elektronegativiteit) trekt harder aan gedeelde elektronen
○ hoog O > N > S, C > H, P laag
○ type covalente binding:
■ niet polaire covalente binding als elektronen gelijk zijn verdeeld en
verschil in el. neg. kleiner is dan 0,5
■ polaire covalente binding als elektronen dichter bij 1 van de atomen
zitten, zorgt voor partiële ladingen in het molecuul, verschil in el. neg.
0,5 tot 1,6
ionbinding: elektronenoverdracht; verschil in el. neg. groter dan 1,6; levert een kation (+) en
een anion (-)
Zwakke chemische interacties
zorgen ervoor dat veel grote biologische moleculen in vorm blijven, voordeel is dat deze
interacties reversibel zijn
● waterstofbruggen: H atoom → covalent gekoppeld aan sterk elektronegatief atoom
(O), aangetrokken tot ander elektronegatief atoom (O of N)
● Van der Waals krachten: door toeval elektronen niet gelijkmatig verdeeld over
molecuul, daardoor aantrekkingskrachten tussen moleculen die erg dicht bij elkaar
zijn
Molecuulvorm & functie
vorm molecuul wordt bepaald door positie orbitalen
vorm van het molecuul bepaald functie, interactie wordt bepaald door vorm
Chemische reacties & bindingen
Reacties maken & breken chemische bindingen; reactanten/substraat → product
H3 The chemistry of water
Polariteit water
● polaire covalente binding
● water is een polair molecuul
● watermoleculen vormen waterstofbruggen; deze zijn zwak, kortdurend en wisselend
Cohesie eigenschappen
Door H bruggen blijven watermoleculen bij elkaar >>> cohesie
Aantrekking tussen verschillende stoffen (bv. water en glas) >>> adhesie
Oppervlaktespanning van water is vrij groot
Temperatuur & thermische energie
● thermische energie is de kinetische energie van de moleculen
● 2 objecten met elkaar in aanraking dan gaat thermische energie van warm object
naar koeler object
● water kan grote hoeveelheid energie absorberen: werkt als buffer, hoge specifieke
warmte; absorberen H bruggen breken & afgeven H bruggen vormen
● water heeft hoge verdampingswarmte (energie nodig voor 1 g vloeistof naar gas)
, Uitzetting bij bevriezing
Ijs vormt een kristalstructuur → waterstofbruggen worden niet meer verbroken
dichtheid ijs is lager dan van water
Water als oplosmiddel
Oplossing = vloeistof met homogene mix van stoffen
● solvent = oplosmiddel
● solute = opgeloste stof
Water is een uitstekend oplosmiddel, want het heeft een polair karakter en is daarmee ideaal
voor het oplossen van polaire moleculen en ionen
● hydrofiel = affiniteit voor water
● hydrofoob = geen affiniteit voor water
○ olie: veel niet polaire covalente bindingen
○ membranen: deels hydrofobe moleculen
Water & pH
2H₂O ⇌ H₃O⁺ + OH⁻
in water in chemisch evenwicht → in puur water evenveel H⁺ en OH⁻; [H⁺][OH⁻] = 10⁻¹⁴
door het toevoegen van zuren en basen verandert het evenwicht
pH = -log[H⁺]
0-7 = zuur
7 = neutraal
7-14 = basisch
Zuren, basen & buffers
Zuur laat [H⁺] stijgen, base laat [H⁺] dalen
sterk ontbindt volledig, zwak ontbindt deels
HZ + B ⇌ BH⁺ + Z⁻
bufferoplossing bestaat uit een zwak zuur en zijn geconjugeerde base; deze houdt de pH
stabiel
H4 Carbon: the basis of molecular diversity
Organische chemie
moleculen met koolstof = organisch
C kan 4 bindingen vormen en is dus een hele goede bouwstof met oneindig veel
mogelijkheden om stoffen te binden
Koolstofbindingen
C heeft valentie 4 en neemt een tetrahedron vorm aan (enkele binding) of vlak plat (dubbele
binding = rigide/star)
Koolstofstructuren
koolstofketens zijn skelet van organische moleculen
koolwaterstoffen (C & H) → fossiele brandstoffen, hydrofoob, veel biologische moleculen,
binding bevat veel energie en is niet polair
Isomeren
moleculen met dezelfde molecuulformule, maar een andere vorm
● structuurisomeren: verschil in hoe atomen zijn verbonden
● cis-trans isomeren: verschil in ruimtelijke oriëntatie (dubbele binding)
● enantiomeren: C met 4 verschillende groepen eraan; spiegelbeeld
Functionele groepen
wat bepaalt functie?
● vorm koolstof skelet
