MENSELIJKE BIOLOGIE EN GENETICA
HOOFDSTUK 1: DE CHEMIE VAN LEVENDE DINGEN
1.3 HET LEVEN IS AFHANKELIJK VAN WATER
• Water is een polaire molecule
o Hoewel polaire moleculen over het algemeen elektrisch neutraal zijn,
hebben ze gelijke maar tegengesteld geladen gebieden (polen) vanwege
de ongelijke verdeling van elektronen
• Geen enkel molecule is zo essentieel voor het leven als water. 60% van het lichaamsgewicht bestaat
uit water. De volgende eigenschappen van water zijn bijzonder belangrijk voor levende organismen:
o Water is een uitstekend (biologisch) oplosmiddel
o Water is vloeibaar bij lichaamstemperatuur
o Water kan warmte-energie absorberen en vasthouden
o Verdamping van water verbruikt warmte-energie
o Water neemt deel aan essentiële chemische reacties
Water is een biologisch oplosmiddel
• Een oplosmiddel (solvent) = een vloeistof waarin andere stoffen oplossen
• Een opgeloste stof (solute) = elke opgeloste stof (substantie)
• Water is het ideale oplosmiddel in levende organismen, vooral omdat het bij lichaamstemperatuur
een polaire vloeistof is
• Als oplosmiddel voor het leven is water de substantie waarin de vele chemische reacties van levende
organismen plaatsvinden
• Voorbeeld van een opgeloste stof in water om beter te begrijpen hoe de polaire aard van water de
reactie vergemakkelijkt:
o Een veel voorkomende en belangrijke vaste stof: kristallen van natriumchloride NaCl
(= keukenzout), die bestaan uit een regelmatig, zich herhalend patroon van natrium- en
chloride-ionen die door ionische bindingen bij elkaar worden gehouden
o Wanneer zout in water wordt geplaatst, worden de individuele ionen Na+ en Cl- uit het kristal
getrokken en onmiddellijk omringd door de polaire watermoleculen
o De watermoleculen vormen zo’n hechte cluster rond elk ion dat ze niet opnieuw in de
kristallijne vorm kunnen worden geassocieerd; het water houdt de ionen opgelost
o Merk op dat de watermoleculen rond de ionen georiënteerd zijn volgens het principe dat
tegengestelde ladingen elkaar aantrekken
➔ Hoe water ionen in oplossing houdt: de negatieve uiteinden van de
polaire watermoleculen worden aangetrokken door positieve ionen,
en omgekeerd. De watermoleculen trekken de ionen weg van het
kristal en voorkomen dat ze opnieuw met elkaar associëren
, • Hydrofiele moleculen = polaire moleculen die door water worden aangetrokken en er gemakkelijk
mee interageren (waterminnend) bv. glucose, zetmeel
• Hydrofobe moleculen = niet-polaire, neutrale moleculen die niet gemakkelijk met water interageren
en er meestal niet in oplossen (watervrezend) bv. olie
• Wanneer water en olie worden gemengd, hebben de watermoleculen de neiging waterstofbruggen
met elkaar te vormen, waardoor de olie wordt uitgesloten van gebieden die door water worden bezet.
Na verloop van tijd wordt de olie in steeds grotere druppels samengedrukt, totdat hij volledig van het
water is gescheiden
o Emulgator = natuurlijke/chemische bereide stof die het mogelijk maakt om vet en water te
vermengen tot één geheel bv. mayonaise
Water is een vloeistof bij lichaamstemperatuur
• Water is een vloeistof bij temperaturen tussen 0 en 100°C
o Binnen dit temperatuurbereik zit er net genoeg warmte-energie in water om enkele van de
zwakke waterstofbruggen tussen de watermoleculen tijdelijk te verbreken
o Nieuwe waterstofbruggen zullen zich binnenkort opnieuw vormen met andere nabijgelegen
watermoleculen, maar het bindingspatroon tussen aangrenzende watermoleculen lijkt
willekeurig (figuur a)
• Temperatuur onder 0°C
o Onvoldoende warmte-energie om de waterstofbruggen tussen de watermoleculen te
verbreken
o De watermoleculen oriënteren zich in een stabiele, onveranderlijke stijve roosterstructuur
(ijs: figuur b)
• Temperatuur boven 100°C
o Alle waterstofbruggen worden verbroken tussen de aangrenzende watermoleculen
o Watermoleculen ontsnappen naar de atmosfeer als gas (waterdamp: figuur c)
➔ Waterstofbruggen in water en ijs: in water vormen, breken
en hervormen zich voortdurend zwakke waterstofbruggen tussen
aangrenzende watermoleculen. Ijs is een vaste stof omdat zich een
herhalend patroon van waterstofbruggen vormt tussen
aangrenzende watermoleculen
Type Kracht Beschrijving Voorbeelden
Covalente Sterk Een binding waarbij het delen van elektronen tussen atomen De bindingen tussen
binding ertoe leidt dat elk atoom een maximaal gevulde buitenste schil waterstof en zuurstof in
van elektronen heeft. een watermolecuul
Ionische Gematigd De binding tussen twee tegengesteld geladen ionen (atomen of De binding tussen Na+ en
binding moleculen) die gevormd wordt door de permanente overdracht Cl- in zout
van een of meer elektronen.
Hydrogenen Zwak De binding tussen tegengesteld geladen gebieden van moleculen De bindingen tussen
binding die covalent gebonden waterstofatomen bevatten. watermoleculen
• Omdat water bij lichaamstemperatuur een vloeistof is, is het een uitstekend medium voor het
transport van opgeloste stoffen van de ene plaats naar de andere in ons lichaam
, o Transport = de primaire functie van het bloed (dat voor + 90% uit water bestaat) in ons
cardiovasculaire systeem
- Onder druk van ons hart transporteert het bloed zuurstof en voedingsstoffen naar alle
levende cellen en cellulaire afvalstoffen (incl. CO2) weg van de cellen
• Water is het hoofdbestanddeel van alle met vloeistof gevulde ruimtes in ons lichaam
o Het vult onze cellen (de intracellulaire ruimte)
o Het bezet de ruimtes tussen de cellen (de intercellulaire ruimte)
o Het vult zelfs de met vloeistof gevulde ruimtes die niet door levende cellen worden
ingenomen bv. de urine in onze blazen, de waterige oplossingen in ons spijsverteringsstelsel
en de vloeistof in onze ogen
o Deze vloeistoffen bevatten ook veel belangrijke opgeloste en vaste stoffen
o 60% van ons lichaamsgewicht bestaat uit water
Water helpt bij het reguleren van de lichaamstemperatuur
• Water kan een grote hoeveelheid warmte-energie absorberen en vasthouden bij slechts een
bescheiden temperatuurstijging
o Helpt snelle veranderingen in de lichaamstemperatuur te voorkomen wanneer er
veranderingen optreden in de stofwisseling of in de omgeving
- Voorkomt grote stijgingen van de lichaamstemperatuur wanneer overtollige warmte
wordt geproduceerd
- Houdt de warmte goed vast als er gevaar voor te veel warmteverlies bestaat
o Ons lichaam genereert warmte tijdens de stofwisseling. Normaal genereren we meer warmte
dan nodig om een constante lichaamstemperatuur van 37°C te handhaven, dus het kunnen
verliezen van warmte is belangrijk voor ons voortbestaan
- Eén manier waarop we warmte verliezen is door de verdamping van water (zweet) van
het oppervlak van ons lichaam. Vergeet niet dat er veel warmte-energie nodig is om alle
waterstofbruggen tussen aangrenzende watermoleculen te verbreken. Als zweet
verdampt, koelt het bloed in de bloedcapillairen bij het huidoppervlak af. (=
verdampingskoeling)
Water neemt deel aan chemische reacties
• Water is betrokken bij veel van de chemische reacties in levende organismen
o Synthese en afbraak van koolhydraten, lipiden en eiwitten
o Het equivalent van een watermolecuul wordt opgebruikt of opnieuw aangemaakt wanneer
deze moleculen worden gesynthetiseerd of later afgebroken
Samenvatting
De meeste biologische moleculen lossen gemakkelijk op in water, omdat water een polair molecuul is. De vloeibare
aard van water vergemakkelijkt transport van biologische moleculen. Water absorbeert en houdt warmte vast en
kan door verdamping de lichaamstemperatuur verlagen. Het neemt ook deel aan essentiële chemische reacties.
1.4 HET BELANG VAN WATERSTOFIONEN
• Eén van de belangrijkste ionen in lichaam: waterstofion H+ (een enkel proton zonder een elektron)
, Zuren doneren waterstoofionen, basen accepteren ze
• Hoewel de covalente bindingen tussen waterstof en zuurstof in water sterk zijn en dus zelden
verbroken worden, kan het toch gebeuren. Wanneer dat het geval is, wordt het elektron van een
waterstofatoom volledig overgedragen aan het zuurstofatoom, en valt het watermolecuul uiteen in
twee ionen: een waterstofion (H+) en een hydroxide-ion (OH-).
• In zuiver water worden slechts enkele watermoleculen tegelijk in H+ en OH- gesplitst. Er zijn echter
andere bronnen van waterstofionen in waterige oplossingen.
• Een zuur = elke molecuul die een H+-ion (= waterstofion) kan afstaan
o Bij toevoeging aan zuiver water ontstaat een zure oplossing
- = een oplossing met een hogere H+-concentratie dan die zuiver water
- bv. zuivere azijn, koolzuurhoudende dranken, zwarte koffie en sinaasappelsap
• Een base = elke molecule die een H+-ion kan accepteren (ermee kan combineren)
o Bij toevoeging aan zuiver water produceren basen een basische/alkalische oplossing
- = een oplossing met een lagere H+-concentratie dan die van zuiver water
- bv. zuiveringszout in water, detergenten en afvoerreinigers
• (Omdat zuren en basen een tegengesteld effect hebben op de H+-concentratie van oplossingen, wordt
gezegd dat ze elkaar neutraliseren. U hebt waarschijnlijk gehoord dat een lepel zuiveringszout in
water een aloude manier is om een ‘zure maag’ tegen te gaan. Nu weet je dat dit huismiddeltje
gebaseerd is op gezonde chemische principes.)
De pH-schaal drukt de waterstofionenconcentratie uit
• De pH-schaal = een maat voor de H+-concentratie van een oplossing (zuurtegraad/alkaliniteit)
o Loopt van 0 tot 14
- Zure oplossing: pH < 7
- Neutraal: pH = 7 (zuiver water)
- H+-concentratie = 1077 mol/liter (mol = eenheid die
staat voor het aantal deeltjes, dus het aantal
moleculen of atomen)
- Basische oplossing: pH > 7
• Elke verandering in pH met een heel getal vertegenwoordigt een
tienvoudige verandering in de H+-concentratie in de tegenovergestelde richting
bv. een zure oplossing met een pH van 5 heeft een H+-concentratie van 10-5mol/liter (100 keer groter
dan zuiver water), terwijl een basische oplossing met een pH van 9 een H+-concentratie heeft van 10-
9
mol/liter (1/100 van die van water)
• De pH van bloed = 7,4 (net iets alkalischer dan neutraal water)
o De H+-concentratie van bloedplasma is laag i.v.t de concentratie van andere ionen
o Het is belangrijk deze lage concentratie waterstofionen in het lichaam in homeostase te
houden, omdat waterstofionen klein, mobiel, positief geladen en zeer reactief zijn
HOOFDSTUK 1: DE CHEMIE VAN LEVENDE DINGEN
1.3 HET LEVEN IS AFHANKELIJK VAN WATER
• Water is een polaire molecule
o Hoewel polaire moleculen over het algemeen elektrisch neutraal zijn,
hebben ze gelijke maar tegengesteld geladen gebieden (polen) vanwege
de ongelijke verdeling van elektronen
• Geen enkel molecule is zo essentieel voor het leven als water. 60% van het lichaamsgewicht bestaat
uit water. De volgende eigenschappen van water zijn bijzonder belangrijk voor levende organismen:
o Water is een uitstekend (biologisch) oplosmiddel
o Water is vloeibaar bij lichaamstemperatuur
o Water kan warmte-energie absorberen en vasthouden
o Verdamping van water verbruikt warmte-energie
o Water neemt deel aan essentiële chemische reacties
Water is een biologisch oplosmiddel
• Een oplosmiddel (solvent) = een vloeistof waarin andere stoffen oplossen
• Een opgeloste stof (solute) = elke opgeloste stof (substantie)
• Water is het ideale oplosmiddel in levende organismen, vooral omdat het bij lichaamstemperatuur
een polaire vloeistof is
• Als oplosmiddel voor het leven is water de substantie waarin de vele chemische reacties van levende
organismen plaatsvinden
• Voorbeeld van een opgeloste stof in water om beter te begrijpen hoe de polaire aard van water de
reactie vergemakkelijkt:
o Een veel voorkomende en belangrijke vaste stof: kristallen van natriumchloride NaCl
(= keukenzout), die bestaan uit een regelmatig, zich herhalend patroon van natrium- en
chloride-ionen die door ionische bindingen bij elkaar worden gehouden
o Wanneer zout in water wordt geplaatst, worden de individuele ionen Na+ en Cl- uit het kristal
getrokken en onmiddellijk omringd door de polaire watermoleculen
o De watermoleculen vormen zo’n hechte cluster rond elk ion dat ze niet opnieuw in de
kristallijne vorm kunnen worden geassocieerd; het water houdt de ionen opgelost
o Merk op dat de watermoleculen rond de ionen georiënteerd zijn volgens het principe dat
tegengestelde ladingen elkaar aantrekken
➔ Hoe water ionen in oplossing houdt: de negatieve uiteinden van de
polaire watermoleculen worden aangetrokken door positieve ionen,
en omgekeerd. De watermoleculen trekken de ionen weg van het
kristal en voorkomen dat ze opnieuw met elkaar associëren
, • Hydrofiele moleculen = polaire moleculen die door water worden aangetrokken en er gemakkelijk
mee interageren (waterminnend) bv. glucose, zetmeel
• Hydrofobe moleculen = niet-polaire, neutrale moleculen die niet gemakkelijk met water interageren
en er meestal niet in oplossen (watervrezend) bv. olie
• Wanneer water en olie worden gemengd, hebben de watermoleculen de neiging waterstofbruggen
met elkaar te vormen, waardoor de olie wordt uitgesloten van gebieden die door water worden bezet.
Na verloop van tijd wordt de olie in steeds grotere druppels samengedrukt, totdat hij volledig van het
water is gescheiden
o Emulgator = natuurlijke/chemische bereide stof die het mogelijk maakt om vet en water te
vermengen tot één geheel bv. mayonaise
Water is een vloeistof bij lichaamstemperatuur
• Water is een vloeistof bij temperaturen tussen 0 en 100°C
o Binnen dit temperatuurbereik zit er net genoeg warmte-energie in water om enkele van de
zwakke waterstofbruggen tussen de watermoleculen tijdelijk te verbreken
o Nieuwe waterstofbruggen zullen zich binnenkort opnieuw vormen met andere nabijgelegen
watermoleculen, maar het bindingspatroon tussen aangrenzende watermoleculen lijkt
willekeurig (figuur a)
• Temperatuur onder 0°C
o Onvoldoende warmte-energie om de waterstofbruggen tussen de watermoleculen te
verbreken
o De watermoleculen oriënteren zich in een stabiele, onveranderlijke stijve roosterstructuur
(ijs: figuur b)
• Temperatuur boven 100°C
o Alle waterstofbruggen worden verbroken tussen de aangrenzende watermoleculen
o Watermoleculen ontsnappen naar de atmosfeer als gas (waterdamp: figuur c)
➔ Waterstofbruggen in water en ijs: in water vormen, breken
en hervormen zich voortdurend zwakke waterstofbruggen tussen
aangrenzende watermoleculen. Ijs is een vaste stof omdat zich een
herhalend patroon van waterstofbruggen vormt tussen
aangrenzende watermoleculen
Type Kracht Beschrijving Voorbeelden
Covalente Sterk Een binding waarbij het delen van elektronen tussen atomen De bindingen tussen
binding ertoe leidt dat elk atoom een maximaal gevulde buitenste schil waterstof en zuurstof in
van elektronen heeft. een watermolecuul
Ionische Gematigd De binding tussen twee tegengesteld geladen ionen (atomen of De binding tussen Na+ en
binding moleculen) die gevormd wordt door de permanente overdracht Cl- in zout
van een of meer elektronen.
Hydrogenen Zwak De binding tussen tegengesteld geladen gebieden van moleculen De bindingen tussen
binding die covalent gebonden waterstofatomen bevatten. watermoleculen
• Omdat water bij lichaamstemperatuur een vloeistof is, is het een uitstekend medium voor het
transport van opgeloste stoffen van de ene plaats naar de andere in ons lichaam
, o Transport = de primaire functie van het bloed (dat voor + 90% uit water bestaat) in ons
cardiovasculaire systeem
- Onder druk van ons hart transporteert het bloed zuurstof en voedingsstoffen naar alle
levende cellen en cellulaire afvalstoffen (incl. CO2) weg van de cellen
• Water is het hoofdbestanddeel van alle met vloeistof gevulde ruimtes in ons lichaam
o Het vult onze cellen (de intracellulaire ruimte)
o Het bezet de ruimtes tussen de cellen (de intercellulaire ruimte)
o Het vult zelfs de met vloeistof gevulde ruimtes die niet door levende cellen worden
ingenomen bv. de urine in onze blazen, de waterige oplossingen in ons spijsverteringsstelsel
en de vloeistof in onze ogen
o Deze vloeistoffen bevatten ook veel belangrijke opgeloste en vaste stoffen
o 60% van ons lichaamsgewicht bestaat uit water
Water helpt bij het reguleren van de lichaamstemperatuur
• Water kan een grote hoeveelheid warmte-energie absorberen en vasthouden bij slechts een
bescheiden temperatuurstijging
o Helpt snelle veranderingen in de lichaamstemperatuur te voorkomen wanneer er
veranderingen optreden in de stofwisseling of in de omgeving
- Voorkomt grote stijgingen van de lichaamstemperatuur wanneer overtollige warmte
wordt geproduceerd
- Houdt de warmte goed vast als er gevaar voor te veel warmteverlies bestaat
o Ons lichaam genereert warmte tijdens de stofwisseling. Normaal genereren we meer warmte
dan nodig om een constante lichaamstemperatuur van 37°C te handhaven, dus het kunnen
verliezen van warmte is belangrijk voor ons voortbestaan
- Eén manier waarop we warmte verliezen is door de verdamping van water (zweet) van
het oppervlak van ons lichaam. Vergeet niet dat er veel warmte-energie nodig is om alle
waterstofbruggen tussen aangrenzende watermoleculen te verbreken. Als zweet
verdampt, koelt het bloed in de bloedcapillairen bij het huidoppervlak af. (=
verdampingskoeling)
Water neemt deel aan chemische reacties
• Water is betrokken bij veel van de chemische reacties in levende organismen
o Synthese en afbraak van koolhydraten, lipiden en eiwitten
o Het equivalent van een watermolecuul wordt opgebruikt of opnieuw aangemaakt wanneer
deze moleculen worden gesynthetiseerd of later afgebroken
Samenvatting
De meeste biologische moleculen lossen gemakkelijk op in water, omdat water een polair molecuul is. De vloeibare
aard van water vergemakkelijkt transport van biologische moleculen. Water absorbeert en houdt warmte vast en
kan door verdamping de lichaamstemperatuur verlagen. Het neemt ook deel aan essentiële chemische reacties.
1.4 HET BELANG VAN WATERSTOFIONEN
• Eén van de belangrijkste ionen in lichaam: waterstofion H+ (een enkel proton zonder een elektron)
, Zuren doneren waterstoofionen, basen accepteren ze
• Hoewel de covalente bindingen tussen waterstof en zuurstof in water sterk zijn en dus zelden
verbroken worden, kan het toch gebeuren. Wanneer dat het geval is, wordt het elektron van een
waterstofatoom volledig overgedragen aan het zuurstofatoom, en valt het watermolecuul uiteen in
twee ionen: een waterstofion (H+) en een hydroxide-ion (OH-).
• In zuiver water worden slechts enkele watermoleculen tegelijk in H+ en OH- gesplitst. Er zijn echter
andere bronnen van waterstofionen in waterige oplossingen.
• Een zuur = elke molecuul die een H+-ion (= waterstofion) kan afstaan
o Bij toevoeging aan zuiver water ontstaat een zure oplossing
- = een oplossing met een hogere H+-concentratie dan die zuiver water
- bv. zuivere azijn, koolzuurhoudende dranken, zwarte koffie en sinaasappelsap
• Een base = elke molecule die een H+-ion kan accepteren (ermee kan combineren)
o Bij toevoeging aan zuiver water produceren basen een basische/alkalische oplossing
- = een oplossing met een lagere H+-concentratie dan die van zuiver water
- bv. zuiveringszout in water, detergenten en afvoerreinigers
• (Omdat zuren en basen een tegengesteld effect hebben op de H+-concentratie van oplossingen, wordt
gezegd dat ze elkaar neutraliseren. U hebt waarschijnlijk gehoord dat een lepel zuiveringszout in
water een aloude manier is om een ‘zure maag’ tegen te gaan. Nu weet je dat dit huismiddeltje
gebaseerd is op gezonde chemische principes.)
De pH-schaal drukt de waterstofionenconcentratie uit
• De pH-schaal = een maat voor de H+-concentratie van een oplossing (zuurtegraad/alkaliniteit)
o Loopt van 0 tot 14
- Zure oplossing: pH < 7
- Neutraal: pH = 7 (zuiver water)
- H+-concentratie = 1077 mol/liter (mol = eenheid die
staat voor het aantal deeltjes, dus het aantal
moleculen of atomen)
- Basische oplossing: pH > 7
• Elke verandering in pH met een heel getal vertegenwoordigt een
tienvoudige verandering in de H+-concentratie in de tegenovergestelde richting
bv. een zure oplossing met een pH van 5 heeft een H+-concentratie van 10-5mol/liter (100 keer groter
dan zuiver water), terwijl een basische oplossing met een pH van 9 een H+-concentratie heeft van 10-
9
mol/liter (1/100 van die van water)
• De pH van bloed = 7,4 (net iets alkalischer dan neutraal water)
o De H+-concentratie van bloedplasma is laag i.v.t de concentratie van andere ionen
o Het is belangrijk deze lage concentratie waterstofionen in het lichaam in homeostase te
houden, omdat waterstofionen klein, mobiel, positief geladen en zeer reactief zijn
