Cel II: biochemie
Hoofdstuk 1: de zwakke krachten en hun rol in de biochemie
Biochemische processen < transiënte/permanente interacties (bindingen) tussen biomoleculen (...)
Bindingen: zwakke, niet-covalente associaties tussen moleculen:
- H-bruggen
- ionaire of electrostatische binding
- hydrofoob effect
- van der Waals interactie
1.1 watermoleculen vormen een netwerk via waterstofbruggen
- Levende organismen bevatten 70 tot 80% water.
- zuurstofatoom trekt gemeenschappelijke electronenparen van covalente bindingen naar zich
toe. µ
- polaire structuur - dipoolmoment (partiele lading)
- watermoleculen oriënteren - zwakke interactie = waterstofbrug.
- energie H-bruggen tussen watermoleculen = ~5 kcal/mol -(<<< bindingsenergie covalente
binding (O-H = 110 kcal/mol).
- afstand tussen kernen: O-H = 1.2 Å – H-bruggen = 2.7 Å.
- hoog kookpunt van water..
1.1 waterstofbruggen ontstaan ook tussen biomoleculen met de geschikte functionele
groepen
- geschikte functionele groepen = atomen met elektronegatief karakter (O, N) OH, NH2 ,
C=O, amidegroepen (oplosbaarheid! hydrofiel)
- waterstofbrugdonor: waterstofatoom geven
- waterstofbrugacceptor: waterstof aanneemt
1.1 de ionaire binding
- -verschil in elektronegatief karakter=groot, elektronenpaar in donor gaat over naar acceptor
(anion)
- H+ kan associëren met een ander atoom kation
- wet van Coulomb bepaalt aantrekkingskracht
- Diëlektriciteitsconstante (D) (water=80; vacuüm= 1) (aantrekkingskracht wordt beïnvloed
door omgevingsfactoren)
- Water is goed oplosmiddel voor ionen (dipoolkarakter)
- watermantel ionen (hydratatie-energie komt vrij)
1.1 de van-der-waals-interactie
- van der Waals interactie -niet polaire moleculen - transiënte dipool - zwakke interactie
- afhankelijk van afstand: optimale afstand voor interactie = van der Waals radius : ~2x cov.
binding -energie ~ 1 kcal/mol (niettemin belangrijk!)
- complementaire stapeling
1.1 het hydrofobe effect
- hydrofoob = moeilijk oplosbaar in water
- hydrofobe moleculen associëren in waterige oplossing
- vb. 2 benzeen moleculen, Drijvende kracht bij eiwitopvouwing
1.1 vele kleintjes maken één groot
- deze krachten: noodzakelijk voor biochemische processen
- vb. Dubbelstrengig DNA < H-brugvorming tussen nucleotiden -hydrofobe kracht : vorming
membraanstructuur
krachten werken samen : secundaire structuur eiwitten: H-brugvorming + van der
Waals + hydrofobe interacties
1
, - DNA binding door transcriptiefactoren electrostatische interacties en
waterstofbrugvorming.
Hoofdstuk 2: lipiden en cellulaire membranen
2.1 inleiding
Organische macromoleculen:
- eiwitten
- Polynucleotiden
- Suikers
- Vetten of lipiden
Lipiden: hydrofoob karakter (wateronoplosbaar), meeste hydrofiel gedeelte
Rol: brandstof, signaalmolecule, biologische membranen (fosfolipiden, glycolipiden, cholesterol)
Medisch belang: multiple sclerose, hartaandoeningen, alzheimer
2.2 de fosfolipiden
- glycerolruggengraat
- hydroxylgroepen op C1 en C2 zijn veresterd
met één vetzuurketen en C3 met een fosfaat
- C2: chiraal centrum
- L-vorm (= natuurlijk voorkomende vorm)
fosfaatgroep bijkomend veresterd
- Vetzuurketens: lange koolstofketens met een carboxylfunctie
- Acylketens: onvertakt & even aantal koolstofatomen (14-24) (eukaryote cellen)
- Meest voorkomend C16, C18
- Verzadigde vetzuren: geen dubbele binding <-> onverzadigde: dubbele
(In dierlijke fosfolipiden is meestal één van de twee ketens verzadigd)
n-hexadecanoic Palmitinezuur
n-octadecanoic Stearinezuur
Cis-9- Oleïnezuur
octadecanoic
Cis-9,12- Linolinezuur
octadecanoic
2
, Cis- 5,8,11,14- Arachidonzuur
eicosatetranoic
als fosfaatgroep niet veresterd is diacylglycerol-3- fosfaat (fosfatidinezuur)
- Fosfaatgroep een bijkomend substituent: Fosfatidyl -ethanolamine, -choline, -serine of -
inositol
- inositolring: één of meerdere fosfaatgroepen: = polyfosfoinositiden (PPI)
- PPI: interageren met membraangeassocieerde eiwitten/ secundaire boodschappermoleculen
Difosfatidylglycerol
- Fosfaten van twee diacylglycerol-3-fosfaatmoleculen veresterd (4 vetzuurketens)
- glycerofosfolipidevarianten: etherbinding met C1: cholineplasmalogen,
ethanolamineplasmalogen,....
- -slechts één vetzuurketen: lysofosfatidylcholine en lysofosfatidylethanolamine
Sfingomyeline: fosfocholinegroep verestert met sfingosine
2.3 de glycolipiden
combinatie van vetzuren waaraan 1 of meerdere suikers gekoppeld zijn bv galactose
afgeleid van sfingosine - bevatten suikergroep i.p.v. fosfocholinegroep.
*Cerebrosiden: onvertakte suikerketens (<5)
*Tweede groep: vertakte, langere, neutrale suikerketens
*Gangliosiden: complexe suikerketens, negatief geladen N-acetylneuraminezuur
N-acetylneuraminezuur
*Intermezzo: de ziekte van Tay-Sachs
- Verstoorde afbraak van sphingolipiden - “lysosomal storage diseases”.
- geen functioneel b-hexoseaminidase A enzym --> verhoogde hoeveelheid ganglioside
(verstoorde afbraak)
- Andere ziekten: Gaucher, Neuman-Pick
- mentale retardatie en vroegtijdige dood.
2.4 cholesterol
- typisch voor dierlijke systemen
- neutraal (onveresterde vorm) voornamelijk in plasmamembraan
- relatief vlakke molecule
- hydroxylgroep -> polair gedeelte
2.5 fosfolipiden vormen dubbellagen
- algemeen structureel kenmerk lipiden: amfipatisch.
door hydrofoob effect samenklitten in water -Coöperatie alle zwakke krachten
- zelfsluitende structuur: micellen , of lipidendubbellaag.
o micel: één enkel type fosfolipide (bvb. PIP2,LPA)
o Dubbellagen: vesikels of liposomen/plaatstructuur
3
Hoofdstuk 1: de zwakke krachten en hun rol in de biochemie
Biochemische processen < transiënte/permanente interacties (bindingen) tussen biomoleculen (...)
Bindingen: zwakke, niet-covalente associaties tussen moleculen:
- H-bruggen
- ionaire of electrostatische binding
- hydrofoob effect
- van der Waals interactie
1.1 watermoleculen vormen een netwerk via waterstofbruggen
- Levende organismen bevatten 70 tot 80% water.
- zuurstofatoom trekt gemeenschappelijke electronenparen van covalente bindingen naar zich
toe. µ
- polaire structuur - dipoolmoment (partiele lading)
- watermoleculen oriënteren - zwakke interactie = waterstofbrug.
- energie H-bruggen tussen watermoleculen = ~5 kcal/mol -(<<< bindingsenergie covalente
binding (O-H = 110 kcal/mol).
- afstand tussen kernen: O-H = 1.2 Å – H-bruggen = 2.7 Å.
- hoog kookpunt van water..
1.1 waterstofbruggen ontstaan ook tussen biomoleculen met de geschikte functionele
groepen
- geschikte functionele groepen = atomen met elektronegatief karakter (O, N) OH, NH2 ,
C=O, amidegroepen (oplosbaarheid! hydrofiel)
- waterstofbrugdonor: waterstofatoom geven
- waterstofbrugacceptor: waterstof aanneemt
1.1 de ionaire binding
- -verschil in elektronegatief karakter=groot, elektronenpaar in donor gaat over naar acceptor
(anion)
- H+ kan associëren met een ander atoom kation
- wet van Coulomb bepaalt aantrekkingskracht
- Diëlektriciteitsconstante (D) (water=80; vacuüm= 1) (aantrekkingskracht wordt beïnvloed
door omgevingsfactoren)
- Water is goed oplosmiddel voor ionen (dipoolkarakter)
- watermantel ionen (hydratatie-energie komt vrij)
1.1 de van-der-waals-interactie
- van der Waals interactie -niet polaire moleculen - transiënte dipool - zwakke interactie
- afhankelijk van afstand: optimale afstand voor interactie = van der Waals radius : ~2x cov.
binding -energie ~ 1 kcal/mol (niettemin belangrijk!)
- complementaire stapeling
1.1 het hydrofobe effect
- hydrofoob = moeilijk oplosbaar in water
- hydrofobe moleculen associëren in waterige oplossing
- vb. 2 benzeen moleculen, Drijvende kracht bij eiwitopvouwing
1.1 vele kleintjes maken één groot
- deze krachten: noodzakelijk voor biochemische processen
- vb. Dubbelstrengig DNA < H-brugvorming tussen nucleotiden -hydrofobe kracht : vorming
membraanstructuur
krachten werken samen : secundaire structuur eiwitten: H-brugvorming + van der
Waals + hydrofobe interacties
1
, - DNA binding door transcriptiefactoren electrostatische interacties en
waterstofbrugvorming.
Hoofdstuk 2: lipiden en cellulaire membranen
2.1 inleiding
Organische macromoleculen:
- eiwitten
- Polynucleotiden
- Suikers
- Vetten of lipiden
Lipiden: hydrofoob karakter (wateronoplosbaar), meeste hydrofiel gedeelte
Rol: brandstof, signaalmolecule, biologische membranen (fosfolipiden, glycolipiden, cholesterol)
Medisch belang: multiple sclerose, hartaandoeningen, alzheimer
2.2 de fosfolipiden
- glycerolruggengraat
- hydroxylgroepen op C1 en C2 zijn veresterd
met één vetzuurketen en C3 met een fosfaat
- C2: chiraal centrum
- L-vorm (= natuurlijk voorkomende vorm)
fosfaatgroep bijkomend veresterd
- Vetzuurketens: lange koolstofketens met een carboxylfunctie
- Acylketens: onvertakt & even aantal koolstofatomen (14-24) (eukaryote cellen)
- Meest voorkomend C16, C18
- Verzadigde vetzuren: geen dubbele binding <-> onverzadigde: dubbele
(In dierlijke fosfolipiden is meestal één van de twee ketens verzadigd)
n-hexadecanoic Palmitinezuur
n-octadecanoic Stearinezuur
Cis-9- Oleïnezuur
octadecanoic
Cis-9,12- Linolinezuur
octadecanoic
2
, Cis- 5,8,11,14- Arachidonzuur
eicosatetranoic
als fosfaatgroep niet veresterd is diacylglycerol-3- fosfaat (fosfatidinezuur)
- Fosfaatgroep een bijkomend substituent: Fosfatidyl -ethanolamine, -choline, -serine of -
inositol
- inositolring: één of meerdere fosfaatgroepen: = polyfosfoinositiden (PPI)
- PPI: interageren met membraangeassocieerde eiwitten/ secundaire boodschappermoleculen
Difosfatidylglycerol
- Fosfaten van twee diacylglycerol-3-fosfaatmoleculen veresterd (4 vetzuurketens)
- glycerofosfolipidevarianten: etherbinding met C1: cholineplasmalogen,
ethanolamineplasmalogen,....
- -slechts één vetzuurketen: lysofosfatidylcholine en lysofosfatidylethanolamine
Sfingomyeline: fosfocholinegroep verestert met sfingosine
2.3 de glycolipiden
combinatie van vetzuren waaraan 1 of meerdere suikers gekoppeld zijn bv galactose
afgeleid van sfingosine - bevatten suikergroep i.p.v. fosfocholinegroep.
*Cerebrosiden: onvertakte suikerketens (<5)
*Tweede groep: vertakte, langere, neutrale suikerketens
*Gangliosiden: complexe suikerketens, negatief geladen N-acetylneuraminezuur
N-acetylneuraminezuur
*Intermezzo: de ziekte van Tay-Sachs
- Verstoorde afbraak van sphingolipiden - “lysosomal storage diseases”.
- geen functioneel b-hexoseaminidase A enzym --> verhoogde hoeveelheid ganglioside
(verstoorde afbraak)
- Andere ziekten: Gaucher, Neuman-Pick
- mentale retardatie en vroegtijdige dood.
2.4 cholesterol
- typisch voor dierlijke systemen
- neutraal (onveresterde vorm) voornamelijk in plasmamembraan
- relatief vlakke molecule
- hydroxylgroep -> polair gedeelte
2.5 fosfolipiden vormen dubbellagen
- algemeen structureel kenmerk lipiden: amfipatisch.
door hydrofoob effect samenklitten in water -Coöperatie alle zwakke krachten
- zelfsluitende structuur: micellen , of lipidendubbellaag.
o micel: één enkel type fosfolipide (bvb. PIP2,LPA)
o Dubbellagen: vesikels of liposomen/plaatstructuur
3
