Menselijke biologie en ziekteleer
H2: Chemie van het leven
2.2 Water en leven
Water
• Meest voorkomende molecule in levende organismen (60-70% van totale gewicht)
• Leven op aarde gestart in water: fysieke en chemische eigenschappen water maken leven mogelijk
• Elektronen spenderen meer tijd aan het rondcirkelen van het zuurstofatoom (O) dan waterstofatomen (H),
omdat zuurstof groter vermogen heeft om elektronen aan te trekken dan waterstofatomen
o Space-filling model: negatief geladen elektronen rond O → O wordt negatief → H wordt positief
o Polair molecule: elektronen zijn niet gelijk
Waterstofbruggen/bindingen
• Waterstofbrug = aantrekking van een positieve permanent gebonden waterstof aan een negatief atoom in
de omgeving (meestal tussen H en O)
o Door waterstofbruggen kleven watermoleculen
o Zonder waterstofbindingen zou water bevriezen bij -100°C en koken bij -91°C >> leven onmogelijk
o Aangeduid met stippellijn want is relatief zwak en kan makkelijk verbroken worden
Eigenschappen water
• Hoge warmtecapaciteit
o Calorie = hoeveelheid warmte-energie die nodig is om temperatuur van 1gram water met 1°C te
verhogen
o Waterstofbruggen helpen water om warmte op te nemen zonder grote verandering in temperatuur
o Water houdt warmte vast en temperatuur daalt langzamer dan die van andere vloeistoffen
o Stabiele temperatuur: we kunnen tegen temperatuurschommelingen doordat temperatuur
langzaam stijgt en daalt
1
, • Hoge verdampingswarmte
o Wanneer water kookt, verdampt het
o Waterstofbruggen worden verbroken voordat water kookt
o Hoge verdampingswarmte water zorgt ervoor dat lichaam overtollige lichaamswarmte kan afgeven
in een warme omgeving (zweten)
o Zweten: lichaamswarmte wordt gebruikt om water te verdampen en ons zo af te koelen
o Temperaturen langs kust gematigd door hoge warmtecapaciteit en hoge verdampingswaarde:
In zomer absorbeert oceaan zonnewarmte en slaat deze op, in winter geeft oceaan deze langzaam af
• Oplosmiddel
o Water bevordert chemische reacties door polariteit
o Water kan veel stoffen oplossen → opgeloste stoffen
o Bv. NaCl → Wanneer ionische verbindingen in water worden gebracht, worden de negatieve
uiteinden van de watermoleculen aangetrokken tot de natriumionen, en de positieve uiteinden tot
de chloride-ionen. Deze aantrekkingskracht zorgt ervoor dat het natrium en chloride zich losmaken
o Hydrofiele moleculen = moleculen kunnen water aantrekken (reacties kunnen optreden)
o Hydrofobe moleculen = moleculen kunnen geen water aantrekken, apolaire moleculen (bv. olie)
• Watermoleculen zijn samenhangend en hechtend
o Samenhangend (cohesie): watermoleculen hechten aan elkaar door waterstofbruggen
→ Waterstofmolecuul kan waterstofbruggen vormen met maximaal vier andere waterstofmoleculen
→ Water stroomt door sterke cohesie, moleculen scheiden niet van elkaar
o Hechtend (adhesie): watermoleculen hechten zich aan andere polaire oppervlakken
→ water helpt bij transport van voedingsstoffen en afvalstoffen (vloeibaar deel bloed = 92% water)
→ water zorgt ervoor dat bloed de tubulaire vaten van het cardiovasculaire systeem kan vullen
• Bevroren water is minder dicht dan vloeibaar water
o Naarmate vloeibaar water afkoelt komen de moleculen dichter bij elkaar
o Water is het dichtst bij 4°C
o Water onder 4°C: alleen trillingsbeweging + waterstofbinding stijver en opener
o Water 0°C: water zet uit en bevriest
o IJs is minder dicht dan vloeibaar water en daarom drijft ijs op vloeibaar water
o Belangrijke rol in aquatische ecosystemen: als ijs deze eigenschap niet zou hebben zou het naar de
bodem zinken van meren, oceanen,… >> leven onmogelijk
o Water bevriest altijd van boven naar beneden: ijs op water fungeert als isolator om te voorkomen
dat het water eronder bevriest, hierdoor kunnen waterorganismen in de winter overleven
o Vloeibaar op kamertemperatuur
o Bij 0° vries, 100° kookt
Zuren en basen
• Als watermoleculen uiteenvallen, geven ze een gelijk aan al waterstofionen (H+) en hydroxide-ionen (OH-) af
→ slechts een paar watermoleculen vallen tegelijk uiteen, het werkelijk aantal H of OH = 10 mol/liter
• Mol = wetenschappelijke maateenheid voor atomen, ionen, moleculen
• Zuren = stoffen die in water uiteenvallen en waterstofionen (H+) afgeven
o De zuurgraad van een stof hangt af van hoe volledig deze dissocieert in water
o HCl = zoutzuur, een belangrijk anorganisch zuur dat in ons lichaam wordt geproduceerd door de
maag en helpt het bij de vertering van voedsel
o Bv. citroensap, azijn, tomaten, koffie
2
, • Basen = stoffen die waterstofionen (H+) opnemen of hydroxide-ionen (OH-) afgeven
o NaOH (lye, loog) = in water neemt het aantal hydroxide-ionen toe als je NaOH toevoegt >> zit in
gootsteenontstopper
o Bv. magnesiummelk, ammoniak
• Sterke zuren of basen kunnen destructief zijn voor cellen, dus mag je zeker niet innemen
pH schaal
• pH schaal = varieert van 0 tot 14, schaal wordt gebruikt op de zuurtegraad of de basische waarde van een
oplossing aan te duiden (bedacht om het gebruik van lastige cijfers te elimineren)
o pH 0 = zuur → waterstofionenconcentratie hoger dan hydroxide-ionenconcentratie
o pH 7 = neutraal
o pH 14 = base → hydroxide-ionenconcentratie hoger dan waterstofionenconcentratie
o pH 7,4 = ons bloed
• Werking pH schaal
o Van pH 14 naar pH 0 → elke eenheid 10 keer zuurder dan de vorige eenheid
o Van pH 0 naar pH 14 → elke eenheid 10 keer basischer dan de vorige eenheid
o Bv. pH 5 is 100 keer zuurder dan pH 7
o Bv. pH 5 is 100 keer basischer dan pH 3
• 0.000001 = 1 X 10-6 = pH6
• 0.0000001 = 1 X 107 = pH7
• 0.00000007 = 1 X 108 = pH8
• Welke van de bovenstaande pH-waarden duidt op een hogere waterstofionenconcentratie (H+) dan pH 7, en
is dus een zure oplossing? Een getal met een kleinere negatieve exponent geeft een grotere hoeveelheid
waterstofionen dan een getal met een grotere negatieve exponent, daarom is pH 6 een zure oplossing.
Buffers
• Buffer = helpen pH binnen normale grenzen te houden, het zijn chemicaliën die overtollige waterstofionen
(H+) of hydroxide-ionen (OH-) opnemen
o pH waarde moet binnen een beperkt bereik worden gehouden om negatieve gevolgen te voorkomen
o bv. zure regen maakt standbeelden, planten, bossen, … kapot
o bv. bloed bevat altijd een combinatie van koolzuur en wat bicarbonaationen, wanneer
waterstofionen (H+) of hydroxide-ionen (OH-) aan bloed worden toegevoegd, treden er reacties op
die elke significante verandering in de pH van het bloedt voorkomen >> bloed stabiel houden
2.3 Moleculen van leven
>>
Organische moleculen
• 4 categorieën organische moleculen uniek voor cellen: koolhydraten, lipiden, eiwitten, nucleïnezuren
• Biologisch = verwijst naar een molecuul dat koolstof (C) en waterstof (H) bevat en wordt geassocieerd met
levende organismen
• Elk type organisch molecuul in cellen is samengesteld uit sub-eenheden
• Macromolecuul = een molecuul dat veel sub-eenheden bevat (lange ketens)
3
, • Als een cel een macromolecuul construeert, gebruikt het een dehydratatiereactie (soort synthesereactie)
• Dehydratatiereactie = reactie waarbij OH en H verwijderd worden naarmate het molecuul zich vormt
• Als een cel een macromolecuul afbreekt, gebruikt de cel een hydrolysereactie
• Hydrolysereactie = reactie waarbij de componenten van water worden toegevoegd tijdens het verbreken
van de binding tussen de moleculen
2.4 Koolhydraten
>>
Koolhydraten
• Koolhydraatmolecuul = H-C-OH
• Verhouding waterstofatomen (H) en zuurstofatomen (O) is ongeveer 2:1 (zelfde verhouding als bij water)
• Snelle kortdurende energieopslag
Eenvoudige koolhydraten
• Monosacharide = als koolhydraat slechts uit één ring bestaat en het aantal koolstofatomen laag is (van 5-7)
o Pentose = een suiker met 5 koolstofatomen
o Hexose = een suiker met 6 koolstofatomen
▪ Glucose = de hexose die ons lichaam gebruikt als directe energiebron = C6H12O6
▪ Fructose = een veelvoorkomende hexose, zit in fruit
▪ Galactose = een veelvoorkomende hexose, zit in melk
• Disacharide = 2 verbonden monosachariden
o Maltose = een disacharide gevormd door een dehydratatiereactie tussen twee glucosemoleculen
o Afbraak maltose door hydrolytische spijsverteringssappen → resultaat = twee glucosemoleculen
o Glucose + Fructose = disacharide-sucrose (sucrose = tafelsuiker)
Complexe koolhydraten
• Polysacharide = gemaakt van veel koolstofringen
• Bv. zetmeel, glycogeen, cellulose
o Glycogeen is de opslagvorm bij dieren (bv. levercellen) (meer vertakt dan zetmeel)
o Zetmeel is de opslagvorm in planten (bv. past-, aardappelencellen) (minder vertakt dan glycogeen)
o Een zijketen vertakt zich van de hoofdketen
• Nadat we zetmeelrijk voedsel hebben gegeten (aardappelen, brood, cake) komt glucose in de bloedbaan en
slaat de lever glucose op als glycogeen
o Het vrijkomen van hormoon insuline uit de alvleesklier bevordert opslag van glucose als glycogeen
o Tussen het eten door geeft de lever glucose af, dus normaal gesproken is de
bloedglucoseconcentratie altijd ongeveer 0,1%
• Polysaccharide-cellulose = vezel = wordt aangetroffen in celwanden van planten
o In cellulose zijn de glucose-eenheden verbonden door een iets ander type koppeling dan die in
zetmeel of glycogeen
o Belangrijk, want voedingsmiddelen die dit type koppeling bevatten kunnen we niet verteren
o Cellulose gaat grotendeels door ons spijsverteringskanaal als vezels of ruwvoer
4
, 2.5 Lipiden
Lipiden
• Divers in structuur en functie
• Bevatten gemeenschappelijk kenmerk: lossen op in water
• Lage oplosbaarheid is te wijten aan afwezigheid van hydrofiele polaire groepen
• Bevatten weinig zuurstof, bestaan voornamelijk uit koolstof- en waterstofatomen
• Bevatten meer energie per gram dan andere biologische moleculen
• Vetten in dieren functioneren als energiemoleculen
• Oliën in planten functioneren als energiemoleculen
• Fosfolipiden = vormen een membraan zodat de cel wordt gescheiden van zijn omgeving en ook
binnencompartimenten heeft
o Belangrijkste componenten van cellulaire membranen
o Geconstrueerd als triglyceride, maar in plaats van één vetzuur (van de 3) hebben ze een fosfaatgroep
o Fosfaatgroep: deze moleculen zijn niet elektrisch neutraal, ze zijn geïoniseerd
o Fosfaatgroep: vormt polaire hydrofiele kop van het molecuul
o De rest: vormt niet-polaire hydrofobe staarten
o Hydrofiele koppen naar buiten gericht in richting van waterige vloeistof, staarten vormen het
hydrofobe interieur
o Hydrofiel = waterminnend, hydrofoob = watervrees
• Steroïden = grote klasse van lipiden die o.a. de geslachtshormonen (oestrogeen, testosteron) bevatten
o Worden gevormd uit kleinere lipidemoleculen
o Fungeren als chemische boodschappers voor vetten en oliën
o Alle steroïden zijn gemaakt van cholesterol en hebben een ruggengraat van vier koolstofringen
o Cholesterol is bestanddeel van plasmamembraam van een dierlijke cel → voorloper van steroïden
o Lever maakt meestal al het cholesterol aan dat het lichaam nodig heeft
o Testosteron (testikels) en oestrogeen (eierstokken) verschillen alleen door de functionele groepen
die aan de koolstofruggengraat bevestigd zijn
o Anabole steroïden = illegaal middel om spierkracht op te bouwen (schadelijk!)
Vetten en oliën (meest gekende lipiden)
• Vetten en oliën ontstaan wanneer een glycerolmolecuul reageert met drie vetzuurmoleculen
• Vetten
o Meestal van dierlijke oorsprong
o Vast bij kamertemperatuur
o Functie: langdurige energieopslag, isoleert tegen warmteverlies, vormt beschermend kussen voor
organen
o Bv. boter
• Oliën
o Meestal van plantaardige oorsprong
o Vloeistof bij kamertemperatuur → dubbele binding veroorzaakt kromming in vetzuurketen
o Bv. bakoliën, flesmargarines,…
5
