Biochemie deel 1:
Hoofdstuk 1: algemene inleiding
Leerdoelen:
1. Het belang van de biochemie voor levende systemen kunnen uitleggen;
2. De relatie tussen cellulaire en moleculaire processen kunnen aangeven;
3. Het onderscheid kunnen maken tussen verschillende moleculaire
modellen;
4. Een grote indeling kunnen weergeven van de biologische
molecuulfamilies;
Wat is biochemie?
= leven bekijken op moleculair niveau
Biochemie kan in 3 delen onderverdeeld worden:
Structurele chemie:
- chemie van componenten van levende materie
- relatie tussen biologische functie & chemische structuur
Metabolisme: de totaliteit van de chemische reacties in levende materie
Genetica
Biochemie als chemische wetenschap:
Chemische elementen:
- 29 in lichaam
- Levende wezens bestaan voor 70% uit water
- Groep 1: C, H, O en N
Hoofdelementen
Verantwoordelijk voor 99% van de massa van de meeste cellen
Unieke eigenschappen die nodig zijn in levensprocessen
Vormen sterke covalente bindingen kunnen enkelvoudige, dubbele en
triple binding aangaan
Vast materiaal vnl C
Organische componenten: alcoholen, aldehyden, ketonen, koolzuur,
thiolen en aminen
Functionele groepen: hydroxyl, acyl, carbonyl, carboxyl, carboxylaat, thiol,
amino, fosfaat en fosforyl
-Groep 2: S, P, Na, K, Mg, Ca en Cl
Minder aanwezig
S: essentieel component eiwitten
P: belangrijke rol in energiemetabolisme (ATP) en in structuur van NZ
(bouwstenen)
-Groep 3: Co, Cu, Fe, Mn en Zn
aanwezig in kleine hoeveelheden in alle organismen
essentieel voor leven
-Groep 4: Al, As, B, Br, Cr, F, Ga, I, Mo, Ni, Se, Si, W en V
Sporenelementen die in bepaalde organismen voorkomen
1
,Macromoleculen:
- = polymeren
- opgebouwd uit aantal bouwstenen (4 groepen) = monomeren
- beschikken over gemeenschappelijke functionele groepen specifieke
chemische eigenschappen & rol in cel
1) AZ:
Opbouw polypeptiden/eiwitten
structureel keratine in haren & nagels
transport: hemoglobine
hormoon: insuline
antilichamen (=antistoffen): witte bloedcellen
enzymen: peptidase
2) KH’en:
Monosacchariden/suikers
Polysachariden:
Structureel
Energievoorziening
3) Nucleotiden
4) Lipiden:
diverse functies
structurele element van het membraan
zeer heterogene groep chemische elementen
weinig oplosbaar in water
Biologische polymeren:
Monomeren aan elkaar koppelen door covalente bindingen = condensatiereactie
= dehydratatie (=afsplitsing van water)
Homopolymeer: polymeer opgebouwd uit identieke monomeren
Heteropolymeer: opgebouwd uit verschillende monomeren:
NZ: opgebouwd uit 4 nucleotiden = polynucleotiden
Proteïnen of eiwitten: opgebouwd uit 20-tal AZ = polypeptiden
Polysachariden: opgebouwd uit minstens 2 verschillende monosacchariden
- Eiwitten of proteïnen:
Polymeren van AZ zijn polypeptiden/proteïnen
20 AZ kunnen dienen als monomeren (bouwstenen)
Eiwitten hebben de grootste… van alle biopolymeren:
structurele variabiliteit
variatie aan functies
- Nucleïnezuren
- Polysachariden (koolhydraat):
Functies: zie eerder
Lipiden:
Zeer heterogene groep chemische structuren.
Weinig oplosbaar in water.
2
, Diverse functies.
Structureel element van de membraan.
Slotbemerking:
Hybride moleculen:
- covalente bindingen tussen suikers & eiwitten/lipiden
- zoals glycoproteïnen en glycolipiden
Structuurniveaus tussen polymeren:
1. Primaire structuur: de volgorde waarin de monomeren aan elkaar zitten
2. Secundaire structuur: beschrijving ruimtelijke vorm van het polymeer over
korte afstand
3. Tertiaire structuur: ruimtelijke vorm voor het gehele polymeer
Biochemie als biologische wetenschap:
Wat is leven?
- vernieuwing (aanmaak nieuwe cellen)
- verbonden met zelf replicerend vermogen
Samenvatting:
Molecule (polymeer) Bouwsteen Belangrijkste functie
(monomeer)
DNA (NZ) Nucleotiden Genetisch materiaal
RNA (NZ) Nucleotiden proteïne synthese
Proteïnen AZ Celstructuur en functie
Lipiden Vetzuren Membraancomponent
KH’en Suikers Energieproductie
Hoofdstuk 2: de matrix van het leven
Leerdoelen:
1. De verschillende chemische interacties in en tussen biomoleculen
herkennen en beschrijven.
2. De rol van water in biochemische processen en in intra- of intermoleculaire
interacties kunnen beschrijven.
3. Redenen kunnen aangeven waarom water essentieel is voor het leven op
aarde.
Niet-covalente moleculaire interacties:
Interacties tussen:
Ionen
Moleculen
Delen van moleculen
Spelen een belangrijke rol in bijna alle biochemische reacties
Zwakke wisselwerking tussen buitenste elektronen van atomen
Bindingsenergie: 10X tot 100X lager dan covalente bindingen
Eigenschappen:
3
, Reversibel (dynamisch, continu vorming & afbraak)
Sterk beïnvloedbaar door aanwezigheid water & ionen
Afhankelijk van onderlinge afstand tussen interacterende moleculaire
structuren
Nodig voor:
Proteïnesynthese
DNA-replicatie & -herstel
Proteïne-opvouwing
Enzymwerking: mogelijkheid voor enzym om zijn substraat te binden
Verschillende interacties:
4
,Hydrofobe interacties:
Interacties in niet-polaire verbindingen:
Hydrofobe delen interageren (niet binden) met elkaar polaire
watermoleculen uitsluiten ontstaat hydrofobe omgeving
Energie van individuele hydrofobe interactie = verwaarloosbaar klein toch
opbouw stabiele systemen als groot aantal van deze interacties plaatsvinden
Bv. Micellen
biologische membranen
eiwitten
Water als universeel solvent:
Inleiding:
60-70% vd massa van organismen
95% van alle lichaamsmoleculen
Grootste deel van biochemische reacties gebeurt in waterig midden
Als 10% van water in ons lichaam verdwijnt ernstige aandoeningen
Als 25% van het water in ons lichaam verdwijnt dood
Passieve rol van water:
o Oplossen van biomoleculen in een ‘interne zee’ van water
Actieve rol van water:
o Structuur van eiwitten, NZ & membranen
H-bruggen en permanente dipolen:
Formule water: H2O
Water bepalend voor belangrijke fysisch-chemische eigenschappen:
Abnormaal hoog smelt- & kookpunt
Hoge verdampingswarmte
Hoge specifieke warmte
Verklaring:
Water bezit zeer sterke intermoleculaire interacties:
H-bruggen
dipool-dipoolinteracties
Solvatie:
= oplossend vermogen van water
Door dipoolkarakter water sterke intermoleculaire interacties aangaan met
andere moleculen (ionen, dipolen, donors en acceptor van H-bruggen).
Gevolg: ionische verbindingen & polaire moleculen goed oplosbaar bv.
keukenzout, suikers
Niet polaire (=hydrofobe) stoffen: slecht oplosbaar in water
Biomoleculen: meestal polaire & apolaire groepen
Zuur-base eigenschappen van water:
= zeldzaam
water = zwak zuur & zwakke geconjugeerde base
5
, KW= H3O+OH-= 1.10-14 mol2/L2
pH = -log H3O+
Stabiele pH (7) belangrijk voor cel: grote invloed van pH op biochemische
processen in cel
Daarom willen levende cellen pH van waterige oplossingen binnen & buiten cel
constant houden
Door BUFFERS
Buffer = waterige oplossing van zwak zuur met bijhorende geconjugeerde base
Buffers in bloedplasma: (zie reactie in boek)
HCO2- / H2CO2
HPO42- / H2PO4-
Albumine
Hemoglobine
Hoofdstuk 3: bio-energie
Leerdoelen:
1. De relatie tussen ΔG, ΔH en ΔS kunnen uitleggen.
2. De termen ΔG, ΔH en ΔS, exergoon en endergoon kunnen beschrijven en
toepassen;
3. De thermodynamische basisprincipes kunnen uitleggen en berekenen of
een reactie al dan niet spontaan zal optreden op basis van enthalpie- en
entropieveranderingen;
4. Het belang van ATP in biochemische reacties kunnen bespreken.
Inleiding:
Levende cel = dynamische structuur:
- Groeien
- Bewegen
- complexe macromoleculen synthetiseren
- substanties in & uit cel transporteren
Energie voor nodig:
o Planten: zonlicht
o Dieren (mensen): planten/andere dieren
Bio-energica:
= onderdeel van thermodynamica
= kwantitatieve analyse van hoe organisme energie verkrijgen, doorsturen &
gebruiken
Wetten van thermodynamica:
De eerste wet van thermodynamica:
- Energie kan niet worden gecreëerd of vernietigd
- Kan alleen omgezet worden naar andere vorm energie
- VB:
De tweede wet van de thermodynamica:
6
