HOOFDSTUK 1: INLEIDING
INLEIDING
- Alle eigenschappen van het leven worden bepaald door biomoleculen (zoals:
voortplanting, groei, metabolisme…)
- Biomoleculen situeren zich op (macro)moleculair niveau
- Grootteorde = nm uitgedrukt in angstrom, Å (1Å = 10-10 m ≈ C-C binding)
- Biochemische processen verlopen zeer snel (microseconden)
- Evolutie vd biomoleculen (miljoenen jaren)
- Verschillende soorten biomoleculen: eiwitten, sachariden, nucleïnezuren, lipiden
DE CHEMISCHE ELEMENTEN VAN LEVENDE MATERIE
- Basisbouwstenen: C, O en H (Het lichaam bestaat voor 75% uit water)
- Secundaire elementen: N, P, S, CI, K, Ca, Mg
- Microbestanddelen: Fe, Zn, I
- Sporen: Mn, Cu, Co, F, Se
OVERZICHT VAN COVALENTE BINDINGEN IN BIOMOLECULEN
- Bij covalente bindingen worden elektronen tussen verschillende atomen gedeeld.
,NIET COVALENTE INTERACTIES IN BIOMOLECULEN
- Groot effect op 3D structuur
- Individueel zwak flexibiliteit in de structuur
- Samengesteld sterk stabiliteit van de structuur
1 Dipool interacties
Permanente dipolen (polaire moleculen)
- Treden op bij moleculen met een ongelijke ladingsverdeling, maar ook structuur
speelt een rol
- Nettolading kan 0 zijn (bv water)
- Dipoolmoment (µ) = een maat voor polariteit van de molecule
- µ = qx (met lading: q, afstand tussen de ladingen: x)
Geïnduceerde dipolen (apolaire moleculen)
- Apolaire moleculen kunnen polair worden in aanwezigheid van een elektrisch veld
2 Van der Waals krachten
Het zijn zwakke tot zeer zwakke krachten
die optreden bij intermoleculaire
interacties tussen neutrale atomen,
wanneer ze naderen tot op een zeer
dichte afstand.
Van der Waals radius
Atomen zijn omgeven door
elektronenwolken. Wanneer deze
overlappen stoten ze elkaar af met een
kracht van r-12 . Atomen en moleculen
kunnen dus nooit dichter komen dan een
bepaalde minimumafstand R (= R1+R2 =
vdw radius)
3 Waterstofbruggen
Een H-brug is een intermoleculaire kracht tussen een elektronenpaar op een sterk
elektronegatief atoom (O, F, N) en een naburig H atoom gebonden aan een ander sterk
elektronegatief atoom.
4 Zoutbruggen (lading-lading interacties)
Een zoutbrug is een elektrostatische binding tussen 2 tegengesteld geladen atomen.
(= sterkste niet-covalente binding)
5 Hydrofobe interacties
Hydrofobe interacties komen voor bij groepen die geen interactie aangaan met water. De
drijvende kracht is het minimaliseren van het contactoppervlak tussen de hydrofobe
structuren en water
,BELANGRIJKE FUNCTIONELE GROEPEN IN BIOMOLECULEN
, EIGENSCHAPPEN VAN WATER
Biochemische rol van water
1. Bijna alle biologische moleculen nemen hun vorm aan in verhouding met de fysische
en chemische eigenschappen van het omringende water.
2. Het medium voor de meeste biochemische reacties is water. Alle moleculen die deel
uit maken van deze chemische reacties rekenen op water voor het transport in en
tussen de cellen.
3. Water zelf speelt een actieve rol in vele chemische reacties. De ionaire componenten
van water (H+ en OH-) kunnen optreden als reactieve groepen in zeer veel
biologische moleculen.
4. De oxidatie van water met de vorming van moleculaire zuurstof (O2) is een
fundamentele reactie in de fotosynthese.
Fysische eigenschappen van water
Water is een polaire molecule
- Een watermolecule bestaat uit 2 waterstofatomen
gebonden aan een zuurstofatoom
- De zuurstofmolecule heeft 4 sp3 orbitalen (=tetraëder) 2
−¿¿
daarvan ingenomen door H-atomen, 2 door vrije e paren
- Water is polair: O is partieel negatief geladen (δ-, -0.66e), H
is partieel positief geladen (δ+, +0.33e) en de molecule is
niet lineair
- De elektrostatische interacties tussen de dipolen van
watermoleculen zijn cruciaal (H-brug vorming cohesie)
- Waterstofbrug wordt voorgesteld als D-H…A (met D-H een
zwak-zure donorgroep en A een zwak-basische acceptor)
- Waterstofbruggen hebben een berekende H-A afstand die
minsten 0,5 Å korter is dan de berekende van der Waals afstand (1,8 Å ipv 2,6 Å)
- Max 4 waterstofbruggen per watermolecule
- H-brug is individueel zwak, maar gezamenlijk sterk ijs
- Vaste structuur water: ijs
- Elke watermolecule verbonden met 4 andere watermoleculen via H-bruggen
tetraëdische oriëntatie open structuur water zet uit als het bevriest
- Vloeibare structuur water
- Tetraëdische oriëntatie van de H-bruggen verbroken
- 15 % minder H-bruggen dan vaste vorm (ijs)
- Elke watermolecule neemt elke 10-12 s een andere oriëntatie aan
Hydrofiele moleculen lossen op in water
- Water is een ideaal oplosmiddel voor hydrofiele moleculen (polaire en ionaire
moleculen) water is een polair solvent
- Hydrofobe (of apolaire) moleculen worden opgelost in apolaire solventen
- Moleculen lossen enkel op als het solvent beter interageert met de moleculen dan de
moleculen onderling met elkaar, in het geval van water spreek je over hydratatie.
