Samenvatting Biochemie
Hoofdstuk 1
Biochemie: de chemie van levensprocessen
Met behulp van begrippen uit de chemie proberen we het leven op moleculair niveau te begrijpen.
• De studie van de structuren en eigenschappen van biomoleculen in levende organismen
• Hoe worden deze moleculen gemaakt, veranderd en afgebroken?
• Hoe interacteren deze moleculen en hoe zijn ze in staat om reacties te regelen?
• Wat is cellulaire energie; wie gebruikt dat; hoe stuurt een cel energiestromen?
Het samenspel van (bio)moleculen en de gecoördineerde manipulatie van de beschikbare energie
vormt de schakel tussen dode stof en een levende cel.
De concepten:
1. Uniformiteit van cellulaire basisprocessen
2. Structuur en functie van biomoleculen
3. De drijvende kracht achter alle levensprocessen: vrije energie
4. Fundamentele eigenschappen van eiwitten en enzymkatalyse
5. De grondbeginselen van het metabolisme worden toegelicht aan de hand van het glucose
katabolisme
Hoofdstuk 1
• Alle organismen gebruiken dezelfde moleculaire systemen. Toch is er een enorme diversiteit
aan organismen.
• De structuur/functie relatie van biomoleculen
• Concepten vanuit de chemie verklaren de eigenschappen en mogelijkheden van ‘levens’-
moleculen en cellulaire processen
• Genoominformatie transformeert (‘evolves’) de manier waarop biochemisch,celbiologisch,
moleculair biologisch en medisch onderzoek zich ontwikkelt
Verschillende organismen hebben eiwitten die qua structuur heel veel op elkaar lijken, dit duidt op
verwantschap. Alle organismen op aarde stammen af van een gemeenschappelijke voorouder.
• Alle organismen bestaan uit cellen
• DNA is de drager van genetische informatie in alle cellen
• De manier waarop genetische informatie wordt omgezet in eiwitten is hetzelfde
• Dezelfde 20 aminozuren worden door alle organismen gebruikt
• Alle cellen gebruiken dezelfde standaard metabole routes
• Moleculen zoals ATP, NADH en Coenzym A hebben dezelfde functie in alle cellen
Ribosomen zijn erg geconserveerd. Organismen kunnen vergeleken worden op basis van ribosomaal
RNA. Dit heeft geleid tot de 3 domeinen: bacteriën, archaea en eukaryoten.
, • Alle cellen gebruiken dezelfde moleculaire systemen: de basisprocessen in alle cellen zijn
uniform en bewaard gebleven in de evolutie.
• In de meeste gevallen wordt biologische diversiteit verklaard door aanpassingen van
bestaande moleculaire componenten, en niet door ontwikkeling van compleet nieuwe
elementen.
De heemgroep
• Aan de heemgroep in een globuline wordt zuurstof reversibel gebonden
• Via de heemgroep in een cytochroom worden elektronen doorgegeven
Energieconversiesystemen
• Fotosynthese maakt gebruik van dezelfde componenten en soorten reacties als
geobserveerd bij ademhalingsketens
Concepten uit de chemie
• Covalente bindingen zijn belangrijk voor de structuur en stabiliteit van biomoleculen. Een
molecuul met resonantiestructuren van ongeveer gelijke energieniveaus is stabieler dan een
molecuul dat geen resonantiestructuren heeft, want de entropie is kleiner.
• 4 essentiele niet-covalente bindingen
- Van der Waals interactie: is een wakke kracht tussen permanente en/of geïnduceerde
dipolen in elektrisch neutrale moleculen, die dicht
bij elkaar liggen. De som van heel veel van der
Waals interacties kan een substaniële grootte
hebben.
- Elektrostatische interactie: interactie tussen
ladingen op bepaalde afstand
- Waterstofbrug: interactie tussen O-H en N-H. is het
sterkst als O-H…N op een lijn ligt. De cohesie tussen
watermoleculen is groot door een netwerk van
waterstofbruggen. Maakt water tot een goed
oplosmiddel voor polaire moleculen.
- Hydrofobe interactie: de polariteit van water en bijgevolg haar capaciteit tot waterstofbrug
vorming veroorzaken het hydrofobe effect. Het clusteren van apolaire groepen in water leidt
tot het vrijkomen van water aan het apolaire oppervlak, deze watermoleculen hebben meer
interactiemogelijkheden met andere watermoleculen dan met het apolaire oppervlak, dus
het vrijkomen van watermoleculen leidt tot entropietoename. Dus het proces verloopt
spontaan.
, Er bestaat een nauwe relatie tussen structuur en functie van een biomacromolecuul. Bijv. DNA
Wat is de relatie tussen de structuur en functie van DNA?
De afstand tussen C-G basenpaar en A-T basenpaar is hetzelfde. Bij replicatie wordt de informatie
geconserveerd door semi-conservatieve replicatie.
Complementaire DNA-strengen vormen een stabiele dubbele helix d.m.v.
• Fosfaatgroepen die elkaar afstoten (elektrostatisch)
• Waterstofbruggen (kleine bijdrage, vorming specifieke basenparen)
• Van der Waals interactie (grote bijdrage, het optimaal verpakken van de baseparen
• Het hydrofobe effect (grote bijdrage)
- Bij de vorming van de helixstrengen wordt de entropie-afname gecompenseerd door de
entropie-toename van de omgeving. Dit gebeurt middels de afgifte van warmte.
Thermodynamica
• Onderscheid tussen een systeem en zijn omgeving
• Hoofdwet 1: de totale energie van een systeem en zijn omgeving is constant
• Hoofdwet 2: als er sprake is van een spontaan proces, dan neemt de totale entropie altijd toe
• Energie kan niet gemaakt worden en gaat ook niet verloren, maar ze kan omgezet worden in
andere vormen van energie.
• Een spontaan proces verloop altijd in de richting waarbij de totale entropie (maat van wanorde)
toeneemt.
• Toename in de entropie wijst erop dat er tijd is verlopen
• Warmte is de minst bruikbare, meest wanordelijke vorm van energie
• De vrije energie is een combinatie van enthalpie en entropie
• De vrije energie-verandering wordt als begrip gebruikt om aan te geven of een proces in een
niet-geïsoleerd systeem kan verlopen
Hoofdstuk 1
Biochemie: de chemie van levensprocessen
Met behulp van begrippen uit de chemie proberen we het leven op moleculair niveau te begrijpen.
• De studie van de structuren en eigenschappen van biomoleculen in levende organismen
• Hoe worden deze moleculen gemaakt, veranderd en afgebroken?
• Hoe interacteren deze moleculen en hoe zijn ze in staat om reacties te regelen?
• Wat is cellulaire energie; wie gebruikt dat; hoe stuurt een cel energiestromen?
Het samenspel van (bio)moleculen en de gecoördineerde manipulatie van de beschikbare energie
vormt de schakel tussen dode stof en een levende cel.
De concepten:
1. Uniformiteit van cellulaire basisprocessen
2. Structuur en functie van biomoleculen
3. De drijvende kracht achter alle levensprocessen: vrije energie
4. Fundamentele eigenschappen van eiwitten en enzymkatalyse
5. De grondbeginselen van het metabolisme worden toegelicht aan de hand van het glucose
katabolisme
Hoofdstuk 1
• Alle organismen gebruiken dezelfde moleculaire systemen. Toch is er een enorme diversiteit
aan organismen.
• De structuur/functie relatie van biomoleculen
• Concepten vanuit de chemie verklaren de eigenschappen en mogelijkheden van ‘levens’-
moleculen en cellulaire processen
• Genoominformatie transformeert (‘evolves’) de manier waarop biochemisch,celbiologisch,
moleculair biologisch en medisch onderzoek zich ontwikkelt
Verschillende organismen hebben eiwitten die qua structuur heel veel op elkaar lijken, dit duidt op
verwantschap. Alle organismen op aarde stammen af van een gemeenschappelijke voorouder.
• Alle organismen bestaan uit cellen
• DNA is de drager van genetische informatie in alle cellen
• De manier waarop genetische informatie wordt omgezet in eiwitten is hetzelfde
• Dezelfde 20 aminozuren worden door alle organismen gebruikt
• Alle cellen gebruiken dezelfde standaard metabole routes
• Moleculen zoals ATP, NADH en Coenzym A hebben dezelfde functie in alle cellen
Ribosomen zijn erg geconserveerd. Organismen kunnen vergeleken worden op basis van ribosomaal
RNA. Dit heeft geleid tot de 3 domeinen: bacteriën, archaea en eukaryoten.
, • Alle cellen gebruiken dezelfde moleculaire systemen: de basisprocessen in alle cellen zijn
uniform en bewaard gebleven in de evolutie.
• In de meeste gevallen wordt biologische diversiteit verklaard door aanpassingen van
bestaande moleculaire componenten, en niet door ontwikkeling van compleet nieuwe
elementen.
De heemgroep
• Aan de heemgroep in een globuline wordt zuurstof reversibel gebonden
• Via de heemgroep in een cytochroom worden elektronen doorgegeven
Energieconversiesystemen
• Fotosynthese maakt gebruik van dezelfde componenten en soorten reacties als
geobserveerd bij ademhalingsketens
Concepten uit de chemie
• Covalente bindingen zijn belangrijk voor de structuur en stabiliteit van biomoleculen. Een
molecuul met resonantiestructuren van ongeveer gelijke energieniveaus is stabieler dan een
molecuul dat geen resonantiestructuren heeft, want de entropie is kleiner.
• 4 essentiele niet-covalente bindingen
- Van der Waals interactie: is een wakke kracht tussen permanente en/of geïnduceerde
dipolen in elektrisch neutrale moleculen, die dicht
bij elkaar liggen. De som van heel veel van der
Waals interacties kan een substaniële grootte
hebben.
- Elektrostatische interactie: interactie tussen
ladingen op bepaalde afstand
- Waterstofbrug: interactie tussen O-H en N-H. is het
sterkst als O-H…N op een lijn ligt. De cohesie tussen
watermoleculen is groot door een netwerk van
waterstofbruggen. Maakt water tot een goed
oplosmiddel voor polaire moleculen.
- Hydrofobe interactie: de polariteit van water en bijgevolg haar capaciteit tot waterstofbrug
vorming veroorzaken het hydrofobe effect. Het clusteren van apolaire groepen in water leidt
tot het vrijkomen van water aan het apolaire oppervlak, deze watermoleculen hebben meer
interactiemogelijkheden met andere watermoleculen dan met het apolaire oppervlak, dus
het vrijkomen van watermoleculen leidt tot entropietoename. Dus het proces verloopt
spontaan.
, Er bestaat een nauwe relatie tussen structuur en functie van een biomacromolecuul. Bijv. DNA
Wat is de relatie tussen de structuur en functie van DNA?
De afstand tussen C-G basenpaar en A-T basenpaar is hetzelfde. Bij replicatie wordt de informatie
geconserveerd door semi-conservatieve replicatie.
Complementaire DNA-strengen vormen een stabiele dubbele helix d.m.v.
• Fosfaatgroepen die elkaar afstoten (elektrostatisch)
• Waterstofbruggen (kleine bijdrage, vorming specifieke basenparen)
• Van der Waals interactie (grote bijdrage, het optimaal verpakken van de baseparen
• Het hydrofobe effect (grote bijdrage)
- Bij de vorming van de helixstrengen wordt de entropie-afname gecompenseerd door de
entropie-toename van de omgeving. Dit gebeurt middels de afgifte van warmte.
Thermodynamica
• Onderscheid tussen een systeem en zijn omgeving
• Hoofdwet 1: de totale energie van een systeem en zijn omgeving is constant
• Hoofdwet 2: als er sprake is van een spontaan proces, dan neemt de totale entropie altijd toe
• Energie kan niet gemaakt worden en gaat ook niet verloren, maar ze kan omgezet worden in
andere vormen van energie.
• Een spontaan proces verloop altijd in de richting waarbij de totale entropie (maat van wanorde)
toeneemt.
• Toename in de entropie wijst erop dat er tijd is verlopen
• Warmte is de minst bruikbare, meest wanordelijke vorm van energie
• De vrije energie is een combinatie van enthalpie en entropie
• De vrije energie-verandering wordt als begrip gebruikt om aan te geven of een proces in een
niet-geïsoleerd systeem kan verlopen
