- Samenvatting over het onderdeel Biomoleculen (over dit onderdeel gaat de tussentijdse evaluatie)
- Behorend tot het vak 'De Cel: Biomoleculen en Metabolisme' (gegeven aan de VUB, 2e ba Biomedische Wetenschappen)
- Uitgebreide samenvatting met alle informatie + eigen notities (genomen tijdens...
De meest voorkomende elementen in het lichaam: C, H, O, N
- Mogelijk om covalente bindingen mee aan te gaan (elektronenpaar delen)
- Mens: C, H, O, N ≈ 99% lichaamsgewicht en C,H,O,N,Ca,P,K,S,Cl,Na,Mg ≈ 99,95%
Essentieel voor alle levensvormen: zonder kunnen ze niet overleven
Sporenelementen (buiten C, H, O, N)
C, H, O, N, S, P overvloedig aanwezig in levende wezens
- Sporenelementen:
Mg2+: 2de meest aanwezige kation, ! werking spieren en zenuwen
P: ! E-metabolisme en structuur nucleïnezuren
Cl: altijd in geïoniseerde toestand aanwezig (Cl-)
Na+: belangrijkste kation van extracellulaire vocht
K+: meest aanwezige kation in het menselijk lichaam, belangrijkste kation intracellulaire vocht
Regulatoren vochtgehalte en elektrisch potentiaalverschil (cel en omgeving)
- Een aantal transitiemetalen: biologisch ! omdat hun kationen voorkomen als metalloproteïnen (vb. Hb: Fe ->
Fe2+)
- C: ! bouwelement
Kan zeer sterke bindingen vormen
4 valentie-elektronen: tetraëderstructuur (sp3 gehybridiseerd)
Covalente C-C bindingen
- H / O heeft een 49:25 verhouding: voor elk O-atoom zijn er twee H-atomen (idem met C)
Polymeerstructuur van biomoleculen: monomeren -> polymeer
- Koolhydraten, lipiden, proteïnen en nucleïnezuren
- Water: kwanitatief veel belangrijker dan alle andere componenten
Menselijk lichaam bestaat +/- 65% uit water
2. Cellen en moleculen
Pro- en eukraryote cellen
Prokaryoten: eenvoudige structuur, eenvoudige kweektechnieken en binnen 1 soort (species) vrij homogeen
1
, Aanvankelijk veel gebruikt voor bestuderen van processen door moleculaire celbiologen.
- E. Coli (bacterie):
Celmembraan: pompen en kanalen voor selectief transport van kleine moleculen
Binnenzijde membraan: elektronentransport voor ATP-productie
Celwand: stevigheid
2de (buitenste) lipidenmembraan
In cytoplasma: cirkelvormig chromosoom en ribosomen (aanmaak eiwitten) + 1000den moleculen
voor meeste celfuncties
! Verschil tussen prokaryoten en eukaryoten: membraan rond genetisch materiaal (DNA) van de eukaryoot (celkern)
(RNA-synthese in kern en eiwitsynthese in cytoplasma) + verschillen in opbouw, grootte en complexiteit.
! Gemiddelde straal eukaryote cel = 10 µm. Gemiddelde straal prokaryote cel = 0,5 µm.
Eukaryoten: compartimentalisatie metabolisme
- Celmembraan omvat cytoplasma met celorganellen (afgeschermd door 1 of meerdere lipidenmembranen)
- Kern met chromosomen (DNA- en RNA-synthese)
- Ribosomen: eiwitsynthese (vrije of RER)
- Glad ER: vetzuursynthese
- Golgi-apparaat = eiwitsorteercentrum
- Lysosomen: hydrolasen (afbraak eiwitten en nucleïnezuren tot bouwstenen)
- Secretiegranulae: eiwitten naar buitenwereld door secretie
- Mitochondriën: dubbele lipidenmembraan met binnenste membraaneiwitten voor
elektronentransportketen (ETK) = celademhaling (ATP-productie) en mitochondriale matrix met
enzymatische oxidatie (aerobe verbanding suikers, vetten en aminozuren)
! Individuele cellen van meercellige eukaryoten zijn heterogeen in vorm en functie.
Mens: vele honderden celtypen die elk gespecialiseerd zijn in 1 of enkele bijzondere taken.
Differentiatie: gespecialiseerd gebruik van delen van de aanwezige erfelijke informatie.
! Individuele cellen van hogere eukaryoten communiceren met elkaar via het uitzenden en opvangen van chemische
signaalmoleculen (signaaltransductie).
Watermoleculen
! rol in levende materie.
- Polariteit en vermogen tot vorming van H-bruggen: ! bijdrage in 3D structuur van vrijwel alle biomoleculen.
- Goed oplosmiddel: kleine polaire moleculaire bouwstenen (AZ, nucleotiden en suikers) +
stofwisselingsproducten.
- Betrokken bij veel chemische reacties in levende cellen.
!: Aantal watermoleculen in een gemiddelde cel : 1014
3. Dimensies
Prefixen SI-eenhedensysteem: G (109 ), M (106 ), k (103), d (10-1), c (10-2 ), m (10-3), µ (10-6 ), n (10-9), p (10-12) , f (10-15)
Lengte (m)
ångström (A) = 10-10 m
Lengte covalente C-C-binding (1,5 A) < glucose (+/- 6 A) < eiwit Hb (globulair) (+/- 65 A) < erytrocyt (7 µm)
- Gewone lichtmicroscoop (resolutie: 2000 A): zelfs de grootste biomoleculen kunnen niet worden bekeken.
- Elektronenmicroscoop (resolutie: +/- 10 A): oppervlakkige structurele informatie over de grootste
biomoleculen kan hiermee verkregen worden.
2
, Vernietigt biologisch materiaal door de krachtige bundel elektronen (verliezen natuurlijke vorm).
- Röntgendiffractie of -kristallografie (resolutie +/- 1 A): 3D structuur van biomoleculen achterhalen
- Cryo-elektronenmicroscopie: verhindert uitdrogen kwetsbare biomoleculen door ultrasnelle invriezing in
vloeibaar ethaan; water ‘stolt’ maar vormt geen ijskristallen.
- Gesofisticeerde beeldanalyse-software: grote reeks foto’s (steeds onder andere hoek van hetzelfde eiwit)
nemen en deze duizenden 2D foto’s samen puzzelen tot 1 3D beeld met resolutie tot op atoomniveau.
- Atomic force microscopy (AFM): oppervlak specimen met zeer hoge resolutie karakteriseren door met een
zeer fijne tip over het oppervlak te lopen. Veranderingen in positie tip -> geregistreerd via de uitwijking van
de laserstraal.
Gedetailleerd beeld van de vorm en afmeting specimen.
Tijd (s)
Verplaatsing elektronenpaar binnen molecuul (1 ps) < vorming covalente binding / conformatieverandering proteïne
(1 ns) < katalytische reacties snelle enzymen / conformatieverandering grote macromoleculen (1 µs) < trage
enzymen (1 ms) VS evolutie van levende organismen
Energie (kJ/mol)
Standaardmaat voor moleculaire interactie: kJ/mol (1 kcal = 4.2 kJ)
Trillingsenergie moleculen bij lichaams T (< 4 kJ/mol) < zwakke niet-covalente bindingen (4-40 kJ/mol) < hydrolyse
terminale fosfaatgroep van ATP (+/- 30 kJ/mol) < meeste covalente bindingen (400 kJ/mol) (niet spontaan lostrillen
bij fysiologische T; alleen verbroken kunnen worden door enzymen en chemische E)
Gemiddelde actieve volwassenen: 9000 kJ E/dag nodig voor onderhoud van de basale en specifieke levensfuncties.
4. Niet-covalente moleculaire interacties
! rol in bijna alle biochemische processen: replicatie erfelijk materiaal, vouwing eiwitten tot complexe 3D structuren,
specifieke herkenning van substraten door hun enzym, binding signaalmolecuul op receptor...
- Reversibel
- Sterk beïnvloed door het al dan niet aanwezig zijn van ionen en water
- Afhankelijk van de onderlinge afstand tussen de interacterende moleculaire structuren
- Zwakke wisselwerking tussen de buitenste elektronen van atomen
1) Elektrostatische interacties of ionbinding (20 kJ/mol)
= Kracht tussen moleculaire groepen met elementaire ladingen (ionen). Afstotend indien beide ladingen hetzelfde
zijn, aantrekkend indien beide ladingen verschillend zijn.
Vb: carboxylgroep en aminogroep, - lading fosfaatgroep DNA en + lading histonen (DNA-bindende eiwitten (Lys,
Arg...)).
Vooral ! bij herkenning / binding tussen biomoleculen, minder voor stabilisatie van proteïnen.
Wet van Coulomb: F = q1 .q2 /r2 . ε
ε : diëlektrische contstante medium (geeft aan hoe gemakkelijk een materiaal kan gepolariseerd worden).
- Grootst in vacuüm (= 1)
- Zwakker in water (= 80): nog steeds relatief groot (mantel watermoleculen schermt ladingen van elkaar af)
, Verschil in EN van atomen onderling: ongelijke verdeling van de buitenste elektronenwolken.
Permanente dipool: partieel negatieve lading en partieel positieve lading.
- Elektrostatische interacties aangaan met zowel ionen als andere permanente dipolen.
- Zwakker dan ion-ion interacties.
Vanderwaals-interacties
Krachten waarbij geïnduceerde dipolen zijn betrokken = vanderwaalskrachten.
- 3 soorten: dipool-dipool interacties, geïnduceerde dipool-dipool interacties en London-dispersiekrachten
- Zwakste van alle niet-covalente krachten
- Talrijkste interacties tussen biomoleculen (altijd aanwezig)
Maximale aantrekking tussen 2 atomen: de afstand tussen de 2 kernen = vanderwaals-contactafstand (som van de 2
vanderwaalsstralen van de 2 betrokken atomen).
- Atomen stoten elkaar zeer sterk af wanneer ze nog dichter dan de vanderwaals-contactafstand komen.
Buitenste elektronenwolken beginnen elkaar dan te overlappen.
- Vanderwaalskracht neemt snel af wanneer de afstand tussen de 2 betrokken atomen amper 1A groter wordt
dan hun contactafstand.
Geïnduceerd dipool: toenadering neutrale molecuulgroep door ion / permanent dipool zorgt voor een tijdelijke
verschuiving van de elektronenwolk rond de neutrale groep.
Maximale E dipool-dipool interactie = 3-10 kJ/mol < ion-ion binding en H-brug
- ! Grotere moleculaire structuren met complementaire vorm: elkaar dicht genoeg naderen voor het aangaan
van een groot aantal bindingen tegelijkertijd
Som individuele dipool-dipool interacties zorgt voor een sterke niet-covalente binding.
- DNA dubbele helix: basenparen op elkaar gestapeld (base stacking; liggen als borden in elkaar) zodat veel
atomen in de basen elkaar naderen tot hun vanderwaals-contactafstand.
3) Waterstofbruggen (12-25 kJ/mol) = speciale vorm van dipool-dipool
= Het gemeenschappelijk delen van een H-atoom door 2 naburige atomen. H wordt covalent gebonden aan een
elektronegatief atoom dat als acceptor fungeert.
F > O > N > S maar vooral met O of N
- H-brugdonor: draagt covalent waterstof
- H-brugacceptor: zuurstof- of stikstofatomen
!: Zowel inter- als intramoleculair, meer specifiek dan de vanderwaalskrachten.
!: Stabilisatie secundaire eiwitstructuur en vorming van basenparen in de dubbelstrengige DNA-keten.
- Juiste onderlinge afstand (donor-acceptor)
- Hoek van de H-brug ! voor zijn sterkte
Krachtigste bindingen: donorgroep, H-atoom en acceptorgroep liggen op een rechte lijn (co-
lineariteit).
Sterk richtingafhankelijk: richting en sterkte zijn afhankelijk van elkaar.
!: De niet-covalente krachten waardoor watermoleculen bijeen worden gehouden zijn: H-bruggen en dipool-dipool
interacties.
5. Water
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 margauxmartin. Stuvia facilitates payment to the seller.
Will I be stuck with a subscription?
No, you only buy these notes for $11.43. You're not tied to anything after your purchase.
