Biomoleculen en cellen:
Biomoleculen:
Hoofdstuk 1: inleiding:
1. inleiding:
Biochemie + moleculaire biologie -> steunpilaar opleidingen life sciences
Meeste moleculen niet te zien (te klein)
Biochemische processen bekeken op 2 verschillende tijdschalen:
1) Biochemische processen die zeer snel verlopen -> tijdschaal van
microseconden
2) Evolutie van biomoleculen -> tijdschaal van miljoenen jaren
2. De chemische elementen van levende materie:
Voornaamste bouwstenen levende wezens:
- C
- H
- O
- N
Water: belangrijke rol biologische processen
Groot deel omgeving -> bestaat uit water + organismen bestaan voor groot deel
uit water
Oplosbaarheidseigenschappen water: onmisbaar voor biochemische processen
Vooral C – C bindingen zeer stabiel -> kunnen enkele, dubbele, driedubbele
bindingen vormen => grote variatie aan structuren
Noodzakelijke elementen voor biochemische processen:
- Fosfor P: essentiële rol in energiemetabolisme en structuur nucleïnezuren
- Zwavel S: belangrijke component eiwitten
- Ionen ((Na+, K+, Ca2+, Mg2+, …): noodzakelijk voor eiwitstructuur en
katalytische werking enzymen
- Metalen: (komenn sporadisch voor) -> kunnen essentiële functie vervullen
3. Overzicht van covalente bindingen in biomoleculen:
Covalente binding = binding waar atomen elektronen delen
- Diverse covalente bindingen in biomoleculen
- Sterkte covalente binding: 330-400 kJ/mol
1
,Overzicht belangrijkste covalente bindingen:
4. Niet-covalente interacties in biomoleculen:
Individuele niet-covalente binding = zwak -> gezamenlijke som niet-covalente
interacties: kan groot zijn
Niet-covalente interacties -> stabiliteit macromoleculen + nodige flexibiliteit
macromoleculen voor functie (doordat ze individueel makkelijk verbreekbaar zijn)
De belangrijkste zijn:
1) Dipool interacties:
Bij moleculen met ongelijke verdeling van ladingen
2) Van der Waals krachten:
Zwakke tot zeer zwakke krachten bij intermoleculaire interacties tussen neutrale
atomen als ze elkaar naderen tot op zeer dichte afstand
3) Waterstofbruggen:
Intermoleculaire kracht tussen FON (elektronenpaar op sterk elektronegatief
atoom) en naburig H-atoom gebonden aan ander sterk elektronegatief atoom
4) Zoutbruggen (lading - lading interacties)
Elektrostatische binding tussen 2 tegengesteld geladen atomen
2
, - Meest sterke niet-covalente binding
Tussen atomen met zelfde lading: geen zoutbrug -> afstoting
5) Hydrofobe interacties:
Bij groepen die geen interactie met water aangaan -> drijvende kracht =
minimaliseren van contactoppervlak tussen hydrofobe structuren en water
4.1 Permanente en geïnduceerde dipool interacties:
Permanente dipolen:
Ongelijke verdeling lading -> ene uiteinde positief dan andere => polair
- Bezitten permanent dipoolmoment µ
- Bezitten al dan niet netto lading van 0
o Bv. netto lading 0: water en koolstofmonoxide
! ongelijke lading alleen is niet genoeg !
- Bv bij koolstof: 2 elektronen dichter tegen koolstofatoom gelegen ->
koolstofatoom exact in midden => dipoolmomenten schakelen elkaar uit
Dipoolmoment = maat voor polariteit moleculen
Ladingen q+ en q- gescheiden door afstand x -> dipoolmoment vector: µ = qx
- Dipoolmoment is ook som vectoren van dipoolmomenten over
verschillende bindingen
Geïnduceerde dipolen:
Niet polaire moleculen (zonder dipoolmoment) -> kunnen dipolair worden door
aanwezigheid elektrisch veld!
- Elektrisch veld afkomstig van:
o Laboratoriumtoestel
o Geladen/ dipolaire moleculen
Aromatische verbindingen: makkelijk geïnduceerd omdat elektronen
makkelijk verplaatst kunnen worden
4.2 Moleculaire afstoting bij extreem kleine afstanden: van der
Waals radius:
Atomen zijn omgeven door elektronenwolken -> zo dicht bij elkaar:
elektronenwolken overlappen => elkaar afstoten et kracht die proportioneel is
met r^-12
‘muur’ gecreeerd -> atomen en moleculen niet dichter tegen elkaar
kunnen komen dan bepaalde minimumafstand
- Minimumafstand = van der Waals radius R
3
, o Dichtste afstand tussen 2 atomen: R1 + R2 (van der Waals radii
voor elk atoom afzonderlijk
5. Belangrijke functionele groepen in biomoleculen:
Zie tabel p. 14
- Methylgroep
- Ethylgroep
- Methyleengroep
- Hydroxylgroep
- Carbonylgroep
- Carboxylgroep
- Primair amine
- Secundair amine
- Tertiair amine
- Sulfaatgroep
- Fosfaatgroep
- Acylgroep
- Hemiacetalgroep
- Acetalgroep
6. Eigenschappen van water:
Water: centrale rol in biochemie -> volgende redenen:
1) Bijna alle biologische moleculen nemen vorm aan in verhouding met
fysische en chemische eigenschappen van omringde water
2) Medium voor meeste biochemische reacties is water -> alle moleculen die
deel uitmaken van deze chemische reacties rekenen op water voor
transport in/ tussen de cellen
3) Water speelt actieve rol in chemische reacties -> ionaire componenten
water (H+ en OH-): optreden als reactieve groepen in zeer veel
biologische moleculen
4) Oxidatie water met vorming O2 is fundamentele reactie in fotosynthese
Water vanuit biochemisch standpunt:
- Fysische eigenschappen
- Eigenschappen als oplosmiddel
- Chemisch gedrag watermoleculen
6.1 Fysische eigenschappen water:
Water is een polaire molecule:
Waterstofatomen niet lineair gebonden aan zuurstofmolecule
- Zuurstofmolecule: hoek van 4 sp3 -> tetraëder
4
Biomoleculen:
Hoofdstuk 1: inleiding:
1. inleiding:
Biochemie + moleculaire biologie -> steunpilaar opleidingen life sciences
Meeste moleculen niet te zien (te klein)
Biochemische processen bekeken op 2 verschillende tijdschalen:
1) Biochemische processen die zeer snel verlopen -> tijdschaal van
microseconden
2) Evolutie van biomoleculen -> tijdschaal van miljoenen jaren
2. De chemische elementen van levende materie:
Voornaamste bouwstenen levende wezens:
- C
- H
- O
- N
Water: belangrijke rol biologische processen
Groot deel omgeving -> bestaat uit water + organismen bestaan voor groot deel
uit water
Oplosbaarheidseigenschappen water: onmisbaar voor biochemische processen
Vooral C – C bindingen zeer stabiel -> kunnen enkele, dubbele, driedubbele
bindingen vormen => grote variatie aan structuren
Noodzakelijke elementen voor biochemische processen:
- Fosfor P: essentiële rol in energiemetabolisme en structuur nucleïnezuren
- Zwavel S: belangrijke component eiwitten
- Ionen ((Na+, K+, Ca2+, Mg2+, …): noodzakelijk voor eiwitstructuur en
katalytische werking enzymen
- Metalen: (komenn sporadisch voor) -> kunnen essentiële functie vervullen
3. Overzicht van covalente bindingen in biomoleculen:
Covalente binding = binding waar atomen elektronen delen
- Diverse covalente bindingen in biomoleculen
- Sterkte covalente binding: 330-400 kJ/mol
1
,Overzicht belangrijkste covalente bindingen:
4. Niet-covalente interacties in biomoleculen:
Individuele niet-covalente binding = zwak -> gezamenlijke som niet-covalente
interacties: kan groot zijn
Niet-covalente interacties -> stabiliteit macromoleculen + nodige flexibiliteit
macromoleculen voor functie (doordat ze individueel makkelijk verbreekbaar zijn)
De belangrijkste zijn:
1) Dipool interacties:
Bij moleculen met ongelijke verdeling van ladingen
2) Van der Waals krachten:
Zwakke tot zeer zwakke krachten bij intermoleculaire interacties tussen neutrale
atomen als ze elkaar naderen tot op zeer dichte afstand
3) Waterstofbruggen:
Intermoleculaire kracht tussen FON (elektronenpaar op sterk elektronegatief
atoom) en naburig H-atoom gebonden aan ander sterk elektronegatief atoom
4) Zoutbruggen (lading - lading interacties)
Elektrostatische binding tussen 2 tegengesteld geladen atomen
2
, - Meest sterke niet-covalente binding
Tussen atomen met zelfde lading: geen zoutbrug -> afstoting
5) Hydrofobe interacties:
Bij groepen die geen interactie met water aangaan -> drijvende kracht =
minimaliseren van contactoppervlak tussen hydrofobe structuren en water
4.1 Permanente en geïnduceerde dipool interacties:
Permanente dipolen:
Ongelijke verdeling lading -> ene uiteinde positief dan andere => polair
- Bezitten permanent dipoolmoment µ
- Bezitten al dan niet netto lading van 0
o Bv. netto lading 0: water en koolstofmonoxide
! ongelijke lading alleen is niet genoeg !
- Bv bij koolstof: 2 elektronen dichter tegen koolstofatoom gelegen ->
koolstofatoom exact in midden => dipoolmomenten schakelen elkaar uit
Dipoolmoment = maat voor polariteit moleculen
Ladingen q+ en q- gescheiden door afstand x -> dipoolmoment vector: µ = qx
- Dipoolmoment is ook som vectoren van dipoolmomenten over
verschillende bindingen
Geïnduceerde dipolen:
Niet polaire moleculen (zonder dipoolmoment) -> kunnen dipolair worden door
aanwezigheid elektrisch veld!
- Elektrisch veld afkomstig van:
o Laboratoriumtoestel
o Geladen/ dipolaire moleculen
Aromatische verbindingen: makkelijk geïnduceerd omdat elektronen
makkelijk verplaatst kunnen worden
4.2 Moleculaire afstoting bij extreem kleine afstanden: van der
Waals radius:
Atomen zijn omgeven door elektronenwolken -> zo dicht bij elkaar:
elektronenwolken overlappen => elkaar afstoten et kracht die proportioneel is
met r^-12
‘muur’ gecreeerd -> atomen en moleculen niet dichter tegen elkaar
kunnen komen dan bepaalde minimumafstand
- Minimumafstand = van der Waals radius R
3
, o Dichtste afstand tussen 2 atomen: R1 + R2 (van der Waals radii
voor elk atoom afzonderlijk
5. Belangrijke functionele groepen in biomoleculen:
Zie tabel p. 14
- Methylgroep
- Ethylgroep
- Methyleengroep
- Hydroxylgroep
- Carbonylgroep
- Carboxylgroep
- Primair amine
- Secundair amine
- Tertiair amine
- Sulfaatgroep
- Fosfaatgroep
- Acylgroep
- Hemiacetalgroep
- Acetalgroep
6. Eigenschappen van water:
Water: centrale rol in biochemie -> volgende redenen:
1) Bijna alle biologische moleculen nemen vorm aan in verhouding met
fysische en chemische eigenschappen van omringde water
2) Medium voor meeste biochemische reacties is water -> alle moleculen die
deel uitmaken van deze chemische reacties rekenen op water voor
transport in/ tussen de cellen
3) Water speelt actieve rol in chemische reacties -> ionaire componenten
water (H+ en OH-): optreden als reactieve groepen in zeer veel
biologische moleculen
4) Oxidatie water met vorming O2 is fundamentele reactie in fotosynthese
Water vanuit biochemisch standpunt:
- Fysische eigenschappen
- Eigenschappen als oplosmiddel
- Chemisch gedrag watermoleculen
6.1 Fysische eigenschappen water:
Water is een polaire molecule:
Waterstofatomen niet lineair gebonden aan zuurstofmolecule
- Zuurstofmolecule: hoek van 4 sp3 -> tetraëder
4
