Summary
Samenvatting - Biopolymeren (1009FBDBIC)
- Course
- Institution
Een uitgebreide samenvatting van het vak Biopolymeren met uitleg bij de verschillende te kennen structuren.
[Show more]
1 review
By: StudBioch • 9 months ago
Seller
Follow
tessanuyttens
Reviews received
Content preview
BiopolymerenHoofdstuk 1: Inleiding
Chemische elementen van levende materie
C, H, N en O zijn de voornaamste bouwstenen van levende materie.
H en O kunnen we verklaren door de grote rol van water (menselijk
lichaam is 70% water). De vier elementen kunnen covalente binding
vormen, de C-C binding is hierbij de stabielste. C kan zowel enkel,
dubbel als drievoudige bindingen aangaan, wat voor een grote
diversiteit zorgt. Andere elementen zoals fosfor (P) (rol bij energie in
metabolisme en struct. van nucleïnezuren), zwavel (S) (belangrijke
component van eiwitten) en ionen (zoals Na+, K+,… : eiwitstructuur
en katalytische werking) hebben een noodzaak in processen. Ook
hebben we metalen zoals koper (Cu) en ijzer (Fe) die minder
voorkomen, maar nog steeds een essentiële rol vervullen.
Biopolymeren
Biopolymeren worden ookwel macromoleculen genoemd. Ze hebben hun functie
in complexe biochemische processen die soms enorm grote moleculen vereisen.
De opbouw van biopolymeren is modulair. Het zijn polymeren die worden
gefabriceerd door het samenstellen van bouwstenen, de monomeren.
Homopolymeren zijn biopolymeren die worden opgebouwd uit dezelfde
monomeren. Heteropolymeren zijn opgebouwd uit verschillende monomeren. De
meeste polymeren zijn heteropolymeren, omdat ze een opeenvolging en
combinatie is van verschillende monomeren hebben ze een hoge variëteit. We
hebben 4 belangrijke groepen: de nucleïnezuren, eiwitten, carbohydraten en
lipiden.
1. Nucleïnezuren: dit zijn de polymeren dat we DNA en RNA noemen. Het
zijn heteropolymeren die bestaan uit 4 verschillende nucleotiden. De
nucleotiden zijn gelijk bij DNA en RNA op 2 nucleotiden na (zie H2). DNA
is betrokken in de stockage en RNA in transport en expressie van de
genetische informatie.
2. Eiwitten: deze moleculen worden samengesteld uit combinaties van 20
verschillende aminozuren (zie H3). De naam polypeptiden komt doordat
de aminozuren worden verbonden via een peptidebinding. Eiwitten
hebben de grootste structurele diversiteit en bij gevolg ook de grootste
functionele diversiteit.
3. Carbohydraten: dit zijn polysachariden, opgebouwd uit sachariden dus.
Oftewel vervullen ze een structurele rol in de cel (bv. cellulose) of ze dienen
als opslag van energie (bv. zetmeel).
4. Lipiden: in principe zijn ze geen biopolymeren, omdat ze geen lange
aaneenschakeling zijn van verschillende bouwstenen. Ze zijn de
voornaamste component van de membraan en hun opbouw is tot op eeen
zeker hoogte wel modulair.
, Biopolymeren
Zwakke interacties in waterige oplossingen
Bij het functioneren van macromoleculen, spelen zowel covalente als niet-
covalente bindingen een rol. De covalente interacties houden atomen bij elkaar en
hebben een energie van 330-400kJ/mol, de belangrijkste bindingen zijn de C-C
en C-H. De niet-covalente interacties hebben een lagere energie 2-40kJ/mol. Ze
zijn individueel zwak, maar tezamen een groot totaal. Ze bouwen de stabiliteit op,
maar kunnen individueel makkelijk verbroken of hervormd worden wat voor
flexibiliteit zorgt.
We gaan hierbij dieper in op de niet-covalente interacties. De interacties tussen de
ladingen, elektrostatische interactie, wordt weergegeven in de wet van Coulomb:
𝐹=𝑘 . Als we F schrijven als arbeid/verplaatsing (F=U/r), dan krijgen we:
𝑈=𝑘 . Q1 en q2 zijn de ladingen en r is de afstand tussen beide. Wanneer q1 en
q2 dezelfde lading bezitten is de energie positief, wat overeenkomt met repulsie.
Wanneer ze een tegenovergestelde lading bezitten is de energie negatief, wat
overeenkomt met aantrekking. k is een cte gelijk aan 1/(4πε0), hierbij is ε0 de
permittivietit van een vacuum. Permittiviteit oftewel de diëlectrische cte is het
vermogen van een materiaal om te polariseren, en hierdoor gedeeltelijk het e -veld
vermindert binnen het materiaal. De diëlectrische cte is nodig omdat het medium
de ladingen van elkaar afschermt. Hoe hoger ε, hoe kleiner de kracht tussen de
ladingen. Water heeft een rel hoge ε-waarde (80), terwijl dit in organische
solventen meestal tussen de 1 en 10 zit.
De 4 niet-covalente interacties:
1. Permanente dipolen: dit zijn moleculen met een pos en neg pool. Dit
komt door een ongelijke ladingsverdeling, welke afhangt van de En-
waarde van de atomen. Ze bezitten een permanent dipoolmoment μ, dit is
een maat voor de polariteit gegeven door: 𝜇 = 𝑞 ∗ 𝑥. X is de afstand tussen
de partiële ladingen q+ en q- in de richting van q+ en q is de totale lading
(vectoren optellen). De partiële ladingen van dipolen gedragen zich als
ionische ladingen, maar zijn zwakker. Permanente dipolen kunnen dus
beïnvloed worden door ionische ladingen en door andere dipolen. De
interactie is rotatie afhankelijk (e=1/r2 of 1/r3), de afstand moet klein
genoeg zijn voor een interactie.
2. Geïnduceerde dipolen: non-polaire moleculen kunnen in een elektrisch
veld een dipoolmoment krijgen. Dit elektrisch veld kan van een labo-
instrument of een andere geladen molecule of dipolaire moleculen zijn.
Aromatische bindingen kunnen erg makkelijk geïnduceerd worden door de
elektronendelocalisatie. De interactie energieën zijn proportioneel met 1/r4
of 1/r5.
, Biopolymeren
3. Dispersiekrachten: deze interactie kan
ontstaan wanneer ongeladen moleculen dicht
bij elkaar komen. De energie is proportioneel
met 1/r6, de interactie kan dus enkel bij zeer
korte afstanden. Deze krachten worden ook wel
de van der Waals krachten genoemd. De
minimum afstand tussen de deeltjes wordt de
van der Waals radius, R, genoemd. Als de
deeltjes te dicht bij elkaar komen zullen de
electronenwolken overlappen, wat voor een
sterke afstoting zorgt. R wordt bepaald door de
som van de respectievelijke vdW radii van de
atomen betrokken in de interactie. Space-filling
modellen geven de vdW radii van elk atoom
afzonderlijk weer.
4. H-bruggen: dit is een interactie tussen een covalent gebonden H-atoom
aan een donor-groep en een paar ongebonden e- van een acceptor groep.
De H-binding donors zijn gewoonlijk sterk EN atomen zoals N en O,
omdat ze de neg lading van H kunnen wegtrekken. H-bindingen hebben
zowel covalente als niet-covalente eigenschappen: de aantrekking tussen
part pos H en part neg van de e- is gelijkaardig aan een interactie tussen
ladingen en de e- worden gedeeld zoals in een covalente binding tussen H
en de acceptor. Dit zien we in de bindingsafstand, deze is namelijk minder
dan men verwacht op basis van de vdW radii.
Allemaal op een rijtje:
, Biopolymeren
Rol van water
De electronen organisatie van water is AX2E2 en dus hoekig. Elke watermolecule is
zowel een H-brug donor als acceptor. Hierdoor heeft water volgene
fysiochemische eigenschappen: hoog kookpunt, hoge verdamingswarmte, hoge
viscositeit, hoge oppervlakte spanning en een hoge diëlectrische cte (80).
Water wordt veelal als oplosmiddel gebruikt, zijn oplosbaarheidseigenschappen
komen door de neiging van H-bruggen te vormen en zijn dipole karkater.
Hydrofiele moleculen zullen reageren met de water, ze zijn ionisch of polair.
Hydrofobe moleculen zijn non-polair of niet ionisch en zullen niet of moeilijk
oplossen in water. De moleculen vormen een soort clathraat, dit is een kooi-
achtige stuctuur. Water zal zich rond deze kooistructuur ordenen, wat zorgt voor
een daling in entropie. Een hoge entropie is echter het streefpunt van een systeem,
hierdoor zullen twee clathraten clusteren. De oppervlakte vergroot maar de
inhoud blijft klein. Amfipathische moleculen zijn zowel hydrofoob als hydrofiel.
Een klassiek voorbeeld is het detergent en vetzuren, met een hydrofiele kop en
hydrofobe staart. De gevormde structuren zijn oftewel éénlagig (micel of
monolayer) of tweelagig.
Interacties tussen macroionen
Invloed pH
Grote polyelectrolyten (+/-, zoals nuc.zuren) of polyamfolyten (+ en -,
zoals prot.) worden geklasseerd als macroionen. Elk macroion verzameld
rond zich in oplossing een atmosfeer van tegengesteld geladen ionen,
tegenionen. De elektrostatische krachten tussen macroionen heeft een
grote rol in het bepalen van hun gedrag in oplossing. De elektrostatische
interactie bij isoelectrische pH (pI) kan een eiwit doen zelf associëren.
Boven deze waarden hebben de moleculen een pos of neg lading en stoten
ze elkaar af. Bij het isoelectrisch punt is de netto lading 0, toch bezit de
moleculen op zijn oppervlak nog ladingen. De interacties tussen de
ladingen zorgen dat de moleculen tezamen klonteren en precipiteren.
Eiwitten hebben hierdoor bij het isoelectrisch punt een minimale
oplosbaarheid.
Invloed kleine ionen
Rond elke macroion zit een atmosfeer, de tegenionen. De tegenionen
vormen een mantel die de macroionen van elkaar afschermt. De dikte van
de atmosfeer hangt af van de conc, hoe hoger de conc, hoe groter de
afscherming. De hoeveelheid tegenionen wordt gemeten als de ionische
sterkte I: 𝐼 = ∑ 𝑀 𝑍 . De Debye-Huckel theorie geft de straal r waarlangs
de macroionen met elkaar kunnen intrageren: 𝑟 = 𝐾/𝐼 / . K is een cte
afhankelijk van temp en ε. Hoe groter r ho groter de afstand waarin de
macroionen elkaar kunnen beïnvloeden.
Als gevolg van deze theorie zal een stijging in tegenion concentratie de
electrostatische interacties tussen macroionen reduceren door ze van
elkaar af te schermen. Toevoegen van ionen zal helpen om een eiwit op te
lossen, dit is een techniek die we inzouten noemen. Uitzouten is dan
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 tessanuyttens. Stuvia facilitates payment to the seller.
Will I be stuck with a subscription?
No, you only buy these notes for $14.02. You're not tied to anything after your purchase.
Can Stuvia be trusted?
4.6 stars on Google & Trustpilot (+1000 reviews)
73918 documents were sold in the last 30 days
Founded in 2010, the go-to place to buy study notes for 14 years now