Summary
Samenvatting BIOCHEMIE: Biomoleculen
- Course
- Institution
Samenvatting biomoleculen
[Show more]
1 review
By: mathiasmarien • 1 month ago
Seller
Follow
maxscholten
Reviews received
Content preview
BIOMOLECULENDE MOLECULAIRE BASIS VAN HET LEVEN
INLEIDING
o Wat is biochemie?
– Studie van de moleculaire basis van het leven
– Maakt gebruik van de methoden en terminologie van de scheikunde
– Volgende vragen beantwoorden:
-> Waaruit is het lichaam opgebouwd?
-> Hoe werken de verschillende componenten van het lichaam?
– Zeer praktische wetenschap, gebaseerd op reductionisme
o Belang van biochemie:
– Chemische basismechanismen van vele cruciale aspecten van het leven zijn gekend
– Verschillende levensvormen gebaseerd op gemeenschappelijke moleculaire patronen en
principes (universeel aspect)
– Ontwikkelen van nieuwe biochemische concepten en technieken: nieuwe fundamentele
problemen aanpakken
BIO-ELEMENTEN
o Bio-elementen: lichte atomen met eenvoudige structuur
o H, C, N, O:
– Mogelijkheid om zeer stabiele covalente bindingen aan te gaan: elektronenpaar delen
– Mens: H, C, N, O = 99% lichaamsgewicht
H, C, N, O, Ca, P, K, S, Cl, Na, Mg = 99,95% lichaamsgewicht
o Koolstof:
– Basis alle organische moleculen
– Vermogen om lange ketens (lineair, vertakt, cyclisch, combinatie) te vormen
-> Gevolg: onvoorstelbare diversiteit van organische verbindingen
– Covalente C-C-bindingen: enkele, dubbele en zelfs triple bindingen
– Tetrahedrale configuratie
o Belangrijkste functionele groepen: te (her)kennen
Verbindingsklasse
Alcoholen Carbonzuren Amines Ether
Aldehyden Fosfoëster Amides Esther
Ketonen Fosfodiëster Imines Thiols
o Biochemisch belangrijke afgeleiden van fosforzuur:
1
,CELLEN EN MOLECULEN
o Biomoleculaire hiërarchie:
– Eenvoudige moleculen vormen de eenheden voor de bouw van complexe structuren
o Moleculaire samenstelling van leven weefsel:
– Koolhydraten, lipiden, proteïnen, nucleïnezuren
– Water: kwantitatief veel belangrijker dan alle andere componenten
o Prokaryote en eukaryote cellen:
Prokaryote cel Eukaryote cel
Cytoplasma Cytoplasma
Celmembraan met pompen en kanalen Subcellulaire organellen
Celwand Kern met chromosomen
Cirkelvormig chromosoom Ribosomen
Ribosomen Endoplasmatisch reticulum
Cytosol met moleculen voor stofwisseling Golgi-apparaat
Lysosomen
Secretiegranulae
DIMENSIES
o Prefixen in het SI-eenhedensysteem:
GIGA MEGA KILO DECI CENTI MILLI MICRO NANO PICO FEMTO
G M k d c m μ n p f
109 106 103 10-1 10-2 10-3 10-6 10-9 10-12 10-15
o Lengtemaat ångström:
– 1 Å = 10-10 m = 0,1 nm
o Resoluties:
– Lichtmicroscoop: 2000 Å
– Elektronenmicroscoop: 10 Å
– Röntgendiffractie of kristallografie: 1 Å
o Röntgendiffractie, NMR-spectroscopie en cyro-elektronenmicroscopie:
– Beste technieken om de driedimensionale structuur van biomoleculen te achterhalen
– Cyro-elektronenmicroscopie:
-> Uitdrogen verhinderen door ultrasnelle invriezing
-> Helder beeld verkrijgen door grote reeks foto’s onder een andere hoek van hetzelfde
eiwit nemen en tweedimensionale foto’s samen te puzzelen tot driedimensionaal beeld
o Atomic force microscopy (AFM):
– Niet-optische methode
– Met zeer fijne tip over het oppervlak lopen en veranderingen in de positie van de tip
registreren via de uitwijking van een laserstraal
o Snelheid van biochemische reacties:
– 10-12 s: verplaatsing van een elektronenpaar binnen een molecuul als rhodopsine
(pigment netvlies, fotoreceptor)
– 10-9 s: vorming of verbreking van een covalente verbinding en de
conformatieverandering van een proteïne
– 10-6 s: katalytische reacties van snelle enzymen en conformatieveranderingen van grote
macromoleculen zoals DNA
– 10-3 s: trage enzymen
– 1014 s geleden: gemeenschappelijke voorouder mens en chimpansee
– 1017 s geleden: eerste biomoleculen
2
,o Energetische aspecten van biochemische reacties: 1kcal = 4,2 kJ
– <4 kJ/mol: trillingsenergie van moleculen bij lichaamstemperatuur
– 4-40 kJ/mol: zwakke niet-covalente bindingen
– 400 kJ/mol: bindingsenergieën van de meeste covalente bindingen verbroken met
behulp van enzymen en inbreng van chemische energie
– 30 kJ/mol: energie die vrijkomt bij hydrolyse van de terminale fosfaatgroep van ATP
(intermediair tussen verbreken van covalente C-C binding en niet-covalente interactie)
– 9000 kJ energie per dag: onderhoud van basale en specifieke levensfuncties bij
gemiddelde actieve volwassen mens
– 3600 kJ: 40% van de energie die wordt omgezet tot ATP (120 mol)
– 3-10 kJ/mol: energie betrokken bij een dipool-dipool interactie
– 12-25 kJ/mol: bindingsenergie van een H-brug
o Dimensies:
LENGTE TIJD ENERGIE
NIET-COVALENTE MOLECULAIRE INTERACTIES
o Typische niet-covalente fysische-chemische interacties:
– Interacties zijn reversibel, sterk beïnvloedbaar door het al of niet aanwezig zijn van ionen
en water en kritisch afhankelijk van onderlinge afstand
– Belang: voorbeelden
-> Replicatie erfelijk materiaal
-> Vouwing eiwitten tot complexe 3D-structuren...
-> Specifieke herkenning van substraten door hun enzymen
– Zwakke wisselwerkingen tussen buitenste elektronen van atomen:
zowel intra- als inter-moleculair
o Elektrostatische interacties: (20 kJ/mol)
– Ionbinding, zoutbrug of landing-lading interacties
– Fysische kracht tussen moleculaire groepen met elementaire ladingen (ionen)
– Gevolg van aantrekking of afstoting tussen twee geladen groepen
q *q
– Wet van Coulomb: F = r12 * ε2
-> Kracht is het groots in vacuüm en een stuk zwakker in water
– Minder richtingsafhankelijk
– Belang: herkenning/binding tussen biomoleculen
o Dipool-dipool interacties: (4-8 kJ/mol)
– Permanente dipolen: verschil in elektronegativiteit
– Transiënte dipolen in neutrale moleculen: vanderwaalskrachten
– Vanderwaalskrachten:
-> Aantrekking tussen elektronen van het ene molecuul of atoom en de kernen van een
ander molecuul of atoom
-> Zowel bij polaire als apolaire moleculen
-> Nemen toe met stijgende molecuulmassa
-> Sterk afhankelijk van afstand tussen 2 atomen:
vanderwaals-contactafstand
-> Belang: bij lipidendubbellagen
3
, o Waterstofbruggen (H-bruggen): (12-25 kJ/mol)
– Tussen waterstof, covalent gebonden aan elektronegatief atoom (N of O), en een tweede
elektronegatief atoom dat fungeert als acceptor
– F>O>N>S
– Sterk richtingsafhankelijk
– Meer specifiek dan vanderwaalskrachten
– Zowel inter- als intra-moleculair
– Belang: stabilisatie van secundaire eiwitstructuur en dubbele-helixstructuur van DNA
WATER
o Eigenschappen:
– Hoge oppervlaktespanning (cohesie tussen moleculen)
– ‘Gebogen’ structuur maakt het molecule polair
– Niet-tetrahedrale bindingshoeken
– Grote aantal H-bruggen: grote verdampingswarmte en soortelijke warmte
– Belangrijk:
-> Zelfassemblage van cellulaire membranen
-> Bufferende werking van zuren en basen en hun zouten
-> Structurele eigenschappen van eiwitten, lipiden, nucleïnezuren...
o H-bruggen en permanente dipolen:
– Hoog kookpunt en smeltpunt: zeer sterke intermoleculaire interacties
-> H-bruggen en dipool-dipool interacties
– Valentie-elektronen zijn over 4 orbitalen verdeeld via sp3-hybridisatie van watermolecuul
-> 2 hiervan zijn niet betrokken in covalente binding, andere 2 vormen sigma-bindingen
– Zuurstof is meer elektronegatief dan water: water is een uitgesproken dipool
-> Beide vrije elektronenparen van het zuurstofatoom: H-brug donor EN acceptor
o Structuur van watermoleculen in ijs:
– 4 H-bruggen per molecuul (<-> 2,3 H-bruggen in water) in tetraëdrische conformatie
– Watermoleculen liggen in regelmatig ‘open’ kristal gerangschikt
– Smelten: 15% van H-bruggen verbreken, instorten van kristalroosters
-> Dichtheid van water is groter dan die van ijs: ijs drijft op water
o Solvatatie: oplossend vermogen van water
Water als oplosmiddel:
– Oplosbaarheid van stoffen is nodig voor deelname aan uitlopende biochemische processen
– Twee eigenschappen van water bepalen het functioneren als oplosmiddel:
-> Mogelijkheid van waterstofbrugvorming
-> Dipoolkarakter van het molecuul: zeer goede interactie met polaire moleculen
– Polaire groepen oplossen in water:
Hydrofiele (goed oplosbare) stoffen waarmee water waterstofbruggen kan vormen
-> Suikers, kleine alcoholen, aldehyden, esters en ketonen
-> Zouten en andere ionogene verbindingen
-> Ionen zijn altijd gehydrateerd en dragen een mantel van watermoleculen (hydratatiemantel)
– Apolaire groepen oplossen in water:
Hydrofobe (slecht oplosbare) stoffen waarmee water geen waterstofbruggen kan vormen
-> Enkel mogelijkheid tot zwakke induced-dipool interacties onder elkaar
-> Het H-brugnetwerk van water reorganiseert zich om te passen bij de niet-polaire stof
-> Dit gaat gepaard met een toename in de orde van het water: afname entropie
Hydrofobe interacties
-> Interactie tussen polaire en niet-polaire moleculen
-> Watermoleculen verkiezen sterk polaire interactie met elkaar boven interacties met
niet-polaire moleculen
-> Gevolg: bijeendrijven van apolaire (delen van) moleculen
4
The benefits of buying summaries with Stuvia:
Guaranteed quality through customer reviews
Stuvia customers have reviewed more than 700,000 summaries. This how you know that you are buying the best documents.
Quick and easy check-out
You can quickly pay through credit card or Stuvia-credit for the summaries. There is no membership needed.
Focus on what matters
Your fellow students write the study notes themselves, which is why the documents are always reliable and up-to-date. This ensures you quickly get to the core!
Frequently asked questions
What do I get when I buy this document?
You get a PDF, available immediately after your purchase. The purchased document is accessible anytime, anywhere and indefinitely through your profile.
Satisfaction guarantee: how does it work?
Our satisfaction guarantee ensures that you always find a study document that suits you well. You fill out a form, and our customer service team takes care of the rest.
Who am I buying these notes from?
Stuvia is a marketplace, so you are not buying this document from us, but from seller maxscholten. Stuvia facilitates payment to the seller.
Will I be stuck with a subscription?
No, you only buy these notes for $9.80. You're not tied to anything after your purchase.
Can Stuvia be trusted?
4.6 stars on Google & Trustpilot (+1000 reviews)
62890 documents were sold in the last 30 days
Founded in 2010, the go-to place to buy study notes for 14 years now