H1: Biochemistry and the Unity of Life
1.1 Living Systems Require a Limited Variety of Atoms and
Molecules
Waterstof, zuurstof en koolstof zijn de meest voorkomende atomen in levende
organismes
Moleculen met koolstof is zo voorkomend, omdat het koolstof atomen onderling
sterke bindingen kunnen vormen, goede brandstoffen zijn en koolstof kan na
verbranding omgezet worden naar koolstofdioxide. Het voordeel van
koolstofdioxide is dat het een gas is en oplosbaar is in water, waardoor het in de
meeste biochemische circulaties blijft.
1.2 There Are Four Major Classes of Biomolecules
Biomoleculen kunnen worden onderverdeeld in vier klassen/categorieën:
1. Eiwitten
2. Nucleïnezuren
3. Lipiden
4. Koolhydraten
Eiwitten
Eiwitten zijn opgebouwd uit 20 verschillende aminozuren, die aan elkaar zijn
gelinkt met peptide-bindingen om zo polymeren te vormen.
Deze polymeren vouwen vervolgens in een specifieke 3D structuur
Vijf functies van eiwitten:
1. Signalering (als signaal molecuul en als receptor)
2. Structuur
3. Mobiliteit
4. Bescherming (van de omgeving)
5. Katalyse
Eiwitten die katalyse uitvoeren worden enzymen genoemd
Nucleïnezuren
De hoofdfunctie van nucleïnezuren is het opslaan en verplaatsen van
informatie.
Nucleïnezuren bestaan uit vier verschillende nucleotiden
Nucleotide = vijf-koolstof ring + suiker(deoxyribose of ribose) + base + min.
1 fosforyl groep
Twee type nucleïnezuren:
1. Deoxyribonucleïnezuur (DNA) Opslaan van genetische informatie
2. Ribosenucleïnezuur zuur (RNA) Verplaatsen van genetische informatie
Drie verschillen DNA en RNA:
1. DNA heeft Thymine en RNA heeft Uracil
2. DNA is dubbelstrengs en RNA enkelstrengs
3. DNA heeft deoxyribose als suiker en RNA ribose
,Lipiden
Lipiden zijn velen malen kleiner dan eiwitten en nucleïnezuren en zijn ook geen
polymeren.
Het belangrijkste kenmerk van lipiden is dat het een hydrofoob en hydrofiel
gedeelte bevat, waardoor het goed barrières kan maken. Daarnaast kunnen
lipiden verbranding ondergaan om zo heel veel energie te creëren
Koolhydraten
Koolhydraten zijn een belangrijke voedselbron voor de meeste levende
organismes
In dieren worden koolhydraten opgeslagen als glycogeen
Glycogeen = polymeer van glucose moleculen, met heel af en toe een
vertakking
In planten worden koolhydraten opgeslagen als zetmeel (vergelijkbaar met
glycogeen)
Koolhydraten die heel veel vertakkingen hebben spelen vaak een belangrijke
rol bij cel-cel herkenning
,H2: Water, Weak Bonds, and the Generation of
Order Out of Chaos
2.2 Biochemical Interactions Take Place in an Aqueous
Solution
Een water molecuul is polair waarbij het zuurstof atoom lichtelijk negatief is
geladen en de waterstof atomen lichtelijk positief zijn geladen.
Waterstofbruggen = de interactie tussen lichtelijk geladen waterstof atomen
en negatief geladen zuurstof (of stikstof) atomen.
Relatief zwakke verbinding
Apolaire moleculen kunnen niet oplossen in het polaire water
2.3 Weak Interactions Are Important Biochemical Properties
Drie typen non-covalente bindingen:
1. Ionische bindingen/elektrostatische interacties
Bij geladen moleculen
2. Waterstofbruggen
Bij polaire moleculen
3. Van der Waals interacties
Bij apolaire moleculen
Ionische bindingen/elektrostatische interacties
De interacties tussen positief en negatief geladen atomen.
De energie van elektrostatische interactie kan worden berekend met de
wet van Coulomb:
E = energie
q1, q2 = de ladingen van de twee atomen
r = afstand tussen de atomen (in Ångström)
D = Dielectric constante
k = evenredigheids constante
, Ik denk niet dat we de formule moeten kennen, maar het is belangrijk
om te weten dat zowel de ladingen als afstand invloed hebben
Elektrostatische interacties zijn het sterkst in vacuüm (D = 1)
Elektrostatische interacties worden verzwakt in water (D = 80)
Dit komt doordat water het zout oplost en interacties aangaat met
de geladen atomen
Waterstofbruggen
Zie paragraaf 2.2
Van der Waals interacties
Van der Waals interactie wordt veroorzaakt doordat de verdeling van de
elektronen rond een atoom naar maten van tijd veranderd, waardoor op
sommige momenten de lading verdeling niet goed verdeeld is. Deze verdeling
zorgt voor hele zwakke positief en negatieve ladingen en dus trekken zelfs niet
geladen moleculen/atomen elkaar aan.
De Van der Waals interacties zijn het sterkst op een bepaalde afstand, dit
wordt de ‘Van der Waals contact distance’ genoemd.
Komen de atomen dichterbij elkaar, dan overlappen de buitenste
elektronen wolken van de atomen elkaar overlappen en dus elkaar weer
weg stoten
(Van der Waals interacties zijn de zwakste type non-covalente bindingen)
Deze bovengenoemde zwakke non-covalente bindingen zijn cruciaal bij
bijvoorbeeld DNA. DNA moet beschermd worden van bepaalde
omgevingsfactoren, maar beschikbaar zijn tijden de transcriptie. De zwakke
bindingen tussen de twee DNA strengen worden tijdens de transcriptie
verbroken, terwijl de DNA strengen zelf niet wordt verbroken.
2.4 Hydrophobic Molecules Cluster Together
Tweede thermodynamica wet: een systeem is pas in evenwicht als het de
maximale entropie heeft bereikt.
M.a.w. een systeem streeft naar maximale entropie
Entropie = maatstaaf voor randomheid
1.1 Living Systems Require a Limited Variety of Atoms and
Molecules
Waterstof, zuurstof en koolstof zijn de meest voorkomende atomen in levende
organismes
Moleculen met koolstof is zo voorkomend, omdat het koolstof atomen onderling
sterke bindingen kunnen vormen, goede brandstoffen zijn en koolstof kan na
verbranding omgezet worden naar koolstofdioxide. Het voordeel van
koolstofdioxide is dat het een gas is en oplosbaar is in water, waardoor het in de
meeste biochemische circulaties blijft.
1.2 There Are Four Major Classes of Biomolecules
Biomoleculen kunnen worden onderverdeeld in vier klassen/categorieën:
1. Eiwitten
2. Nucleïnezuren
3. Lipiden
4. Koolhydraten
Eiwitten
Eiwitten zijn opgebouwd uit 20 verschillende aminozuren, die aan elkaar zijn
gelinkt met peptide-bindingen om zo polymeren te vormen.
Deze polymeren vouwen vervolgens in een specifieke 3D structuur
Vijf functies van eiwitten:
1. Signalering (als signaal molecuul en als receptor)
2. Structuur
3. Mobiliteit
4. Bescherming (van de omgeving)
5. Katalyse
Eiwitten die katalyse uitvoeren worden enzymen genoemd
Nucleïnezuren
De hoofdfunctie van nucleïnezuren is het opslaan en verplaatsen van
informatie.
Nucleïnezuren bestaan uit vier verschillende nucleotiden
Nucleotide = vijf-koolstof ring + suiker(deoxyribose of ribose) + base + min.
1 fosforyl groep
Twee type nucleïnezuren:
1. Deoxyribonucleïnezuur (DNA) Opslaan van genetische informatie
2. Ribosenucleïnezuur zuur (RNA) Verplaatsen van genetische informatie
Drie verschillen DNA en RNA:
1. DNA heeft Thymine en RNA heeft Uracil
2. DNA is dubbelstrengs en RNA enkelstrengs
3. DNA heeft deoxyribose als suiker en RNA ribose
,Lipiden
Lipiden zijn velen malen kleiner dan eiwitten en nucleïnezuren en zijn ook geen
polymeren.
Het belangrijkste kenmerk van lipiden is dat het een hydrofoob en hydrofiel
gedeelte bevat, waardoor het goed barrières kan maken. Daarnaast kunnen
lipiden verbranding ondergaan om zo heel veel energie te creëren
Koolhydraten
Koolhydraten zijn een belangrijke voedselbron voor de meeste levende
organismes
In dieren worden koolhydraten opgeslagen als glycogeen
Glycogeen = polymeer van glucose moleculen, met heel af en toe een
vertakking
In planten worden koolhydraten opgeslagen als zetmeel (vergelijkbaar met
glycogeen)
Koolhydraten die heel veel vertakkingen hebben spelen vaak een belangrijke
rol bij cel-cel herkenning
,H2: Water, Weak Bonds, and the Generation of
Order Out of Chaos
2.2 Biochemical Interactions Take Place in an Aqueous
Solution
Een water molecuul is polair waarbij het zuurstof atoom lichtelijk negatief is
geladen en de waterstof atomen lichtelijk positief zijn geladen.
Waterstofbruggen = de interactie tussen lichtelijk geladen waterstof atomen
en negatief geladen zuurstof (of stikstof) atomen.
Relatief zwakke verbinding
Apolaire moleculen kunnen niet oplossen in het polaire water
2.3 Weak Interactions Are Important Biochemical Properties
Drie typen non-covalente bindingen:
1. Ionische bindingen/elektrostatische interacties
Bij geladen moleculen
2. Waterstofbruggen
Bij polaire moleculen
3. Van der Waals interacties
Bij apolaire moleculen
Ionische bindingen/elektrostatische interacties
De interacties tussen positief en negatief geladen atomen.
De energie van elektrostatische interactie kan worden berekend met de
wet van Coulomb:
E = energie
q1, q2 = de ladingen van de twee atomen
r = afstand tussen de atomen (in Ångström)
D = Dielectric constante
k = evenredigheids constante
, Ik denk niet dat we de formule moeten kennen, maar het is belangrijk
om te weten dat zowel de ladingen als afstand invloed hebben
Elektrostatische interacties zijn het sterkst in vacuüm (D = 1)
Elektrostatische interacties worden verzwakt in water (D = 80)
Dit komt doordat water het zout oplost en interacties aangaat met
de geladen atomen
Waterstofbruggen
Zie paragraaf 2.2
Van der Waals interacties
Van der Waals interactie wordt veroorzaakt doordat de verdeling van de
elektronen rond een atoom naar maten van tijd veranderd, waardoor op
sommige momenten de lading verdeling niet goed verdeeld is. Deze verdeling
zorgt voor hele zwakke positief en negatieve ladingen en dus trekken zelfs niet
geladen moleculen/atomen elkaar aan.
De Van der Waals interacties zijn het sterkst op een bepaalde afstand, dit
wordt de ‘Van der Waals contact distance’ genoemd.
Komen de atomen dichterbij elkaar, dan overlappen de buitenste
elektronen wolken van de atomen elkaar overlappen en dus elkaar weer
weg stoten
(Van der Waals interacties zijn de zwakste type non-covalente bindingen)
Deze bovengenoemde zwakke non-covalente bindingen zijn cruciaal bij
bijvoorbeeld DNA. DNA moet beschermd worden van bepaalde
omgevingsfactoren, maar beschikbaar zijn tijden de transcriptie. De zwakke
bindingen tussen de twee DNA strengen worden tijdens de transcriptie
verbroken, terwijl de DNA strengen zelf niet wordt verbroken.
2.4 Hydrophobic Molecules Cluster Together
Tweede thermodynamica wet: een systeem is pas in evenwicht als het de
maximale entropie heeft bereikt.
M.a.w. een systeem streeft naar maximale entropie
Entropie = maatstaaf voor randomheid
