Bouwstenen van het leven
04-09-2017
Op canvas: alle collegeslides, eLearning modules, 1 proeftentamen per hoofdstuk, extra uitleg,
tutorials, vragen.
Wat niet in colleges aan bod komt is geen tentamenstof.
eLearning en proeftentames leveren voor de deadlines punten op. Ah eind vd cursus opgeteld max
+0.5.
boek: essential cell biology, vierde editie (derde kan ook)
cijfer: 50% tentamen, 25% essay, 25% verslag; alles moet voldoende zijn.
7 hoofdstukken
H 1 Elements & Energies
1.1 Elementen
Cellen zijn opgebouwd uit maar een paar typische atomen/elementen. Bij moleculen zijn de atomen
verbonden bij een covalente binding (delen van een elektronenpaar). Alles wat niet covalent is, is een
interactie? Covalent is alleen als er een elektronenpaar gedeeld wordt.
Atomen hebben een eigenschap; elektronegativiteit; atomen trekken hun elektronen meer of minder
sterk naar de kern. Resultaat: dipool/poleermolecuul, er ontstaat binnen een molecuul een
negatievere en positievere kant. Voorbeeld: H20. Elektronegativiteit geeft dus aan hoe sterk een
atoom aan de elektron trekt.
Redoxreacties. Reductie en oxidatie. Oxidatie = het afstaan van een elektron. Reductie = het opnemen
van een elektron.
1.2 Energie
Wat is vrije energie, entropy en enthalpy?
Wat is energie? Iets wat in elk systeem zit. Met behulp van de hoeveelheid energie die ergens inzit
kan je voorspellen hoeveel dit systeem kan werken, en hoeveel warmte het kan afstaan. Wordt
gemeten in Joule. Je eet iets -> redoxreacties. 1 kcal = 4,186 kJ.
Elektrische energie: negatieve en positieve pool; elektronen stromen van negatieve naar positieve
pool. Er is een verschil aan potentiaal nodig tussen de polen om de elektronen te laten verplaatsen
van pool.
Kinetische energie?
Thermodynamica.
Het systeem = iets wat we zelf definiëren, bv een molecuul/orgaan/aarde. Je moet goed de grenzen
van het systeem weten. Wat is dus precies is het systeem?
De omgeving = alles min het systeem. De rest van het universum – het systeem.
State variables = describe the state of a system. Het maakt niet uit op welke manier je op deze
toestand gekomen bent. Toestandsvariabele.
Hoeveel potentiele energie kan je berekenen: massa en hoogte. U pot = massa x 9,8 m/s2 x hoogte.
J = kg x m2/s2
Pagina 1 van 26
,Bouwstenen van het leven
Je moet de verandering in energie weten bij een bepaald proces:
∆U = UB – UA
Je kan voorspellen in welke toestand je iets zou tegenkomen, in die met lage of die met hoge energie?
Elk systeem streeft altijd naar de toestand met lage energie. Dus bijna altijd kom je het dan tegen in
de toestand met lage energie. Bijvoorbeeld een rots bovenop een berg; bovenop de berg is hoge
energie, beneden de berg laag. Stel dat de rots beneden ligt en je wil hem hoog hebben, moet je er
energie insteken; toegevoegd werk. Maar als hij van boven naar beneden rolt raakt hij juist energie
kwijt.
Eerste wet van thermodynamica; je kan energie niet kapotmaken/laten verdwijnen/genereren.
Het kan bv wel veranderen van vorm; warmte -> potentieel -> kinetisch.
Enthalpy (H) (een vorm van energie); heat content = warmteinhoud van een systeem. Alle
energieuitwisseling van een systeem loopt via warmte. Verandering van de energie van een systeem
(=enthalpy) is altijd verbonden met het maken of breken van verbindingen.
Enthalpy verandering ∆H = qp (q= warmte)
Entropy (S) is de maat van randomness/toevalligheid van een systeem. Is een maat voor de wanorde
van een systeem. Wanorde van een systeem neemt af -> entropy wordt kleiner. Omega (Ω) geeft aan
hoeveel toestanden een systeem heeft die identiek zijn. Omega
= groot met veel toestanden van gelijke energie = S is groot =
wanorde is groot. S = KB ln(Ω). (afb ->) de manier van
Boltzmann.
5-9-2017
De waarschijnlijkheid waarop een bepaalde verdeling
plaatsvind: W (probability). Kansberekening.
Bv: kans dat de bolletjes staan zoals in 1: ½ x ½ x ½ x ½ = 1/16.
De kans (W) is 1/16.
Maar met 6 toestanden zoals bij nummer 5: 6 x 1/16 = 6/16.
De kans (W) is dus groter.
In het lichaam gaat het niet over bv 4 ionen bij een cel, maar een paar miljard. Omdat het aantal
groter is, is de kans op gelijke verdeling van de ionen binnen een cel een stuk groter. Ons lichaam
pompt ionen naar buiten een cel, dit kost energie. Door de kracht van entropy willen deze ionen weer
gelijkmatig verdelen over de binnen en buitenkant.
De verandering van orde naar wanorde gaat spontaan. Van wanorde naar orde kost energie.
Tweede wet van thermodynamica geeft aan dat spontane processen altijd zorgen dat de entropy van
het universum toeneemt; ∆Stotaal > 0. Spontane processen gaan vanzelf, iets dat werk kost niet.
Maar toch is er veel orde: DNA, ionenverdeling in cellen, etc. Dit kan ten koste van de omgeving. In de
cel neemt de wanorde af, buiten de cel neemt hij toe.
Enthalpy gedreven reactie: veranderingen in de verbindingen van energie. Laat warmte vrij aan de
omgeving waardoor in de omgeving entropy toeneemt.
Entropy gedreven reactie: de cel neemt warmte op. De entropy in de cel neemt toe.
∆G = ∆H - T∆S
∆G = maat voor de hoeveelheid werk die verricht kan worden van de energie/dat beetje energie dat
in een proces gebruikt kan worden om werk te verrichten. Meet dus de bruikbare energie. ∆G=
negatief = spontaan proces. ∆G = positief = proces kost werk. ∆G = 0, er gebeurd niks, evenwicht.
Pagina 2 van 26
, Bouwstenen van het leven
∆H = enthalpy verandering
∆S = entropy verandering
T = temperatuur in K (= 273 + °C)
Je wilt dat ∆G zo klein mogelijk is, want dit is dan een spontane reactie.
∆G0 = standaard verandering van vrije energie. Is verbonden met de evenwichtsconstante van de
reactie.
Keq is de equilibrium constante van een reactie. [X] eq = concentratie van X als het evenwicht bereikt is.
Y = product, X = reactant.
Concentratie Y is kleiner dan X -> breuk < 1 -> positief -> reactie loopt
niet vanzelf.
1.3 Interacties
Wat zijn er voor krachten tussen moleculen? Wat is het verschil tussen covalente
interacties/bindingen en niet-covalente interacties?
Covaltent bonds / ’electrodynamic’ interactions / electrostatic interactions / hyperbolic effect
Covalente bindingen
Disulfide bindingen (2 zwavel atomen). Kan tussen 2 eiwitten zijn, of bij 1 eiwit waardoor hij een
bepaalde structuur krijgt. Het vormen/losmaken van deze binding is een redoxreactie. 2 elektronen
en 1 H bij de vorming scheiden zich af.
Peptide bindingen.
Electrodynamical interacties. Het aantrekken of afstoten van permanente of induced dipolen.
Permanente dipolen -> de aantrekking is statisch. Induced dipolen -> tijdelijk. Dispersion forces ->
constant. Speciaal geval van twee willekeurige induced dipolen; van der Waals interactie.
Electrostatische interacties. Tussen 2 dipoolmoleculen. Negatief en positief trekken elkaar aan.
- Waterstofbruggen. Watermoleculen zijn polair; H beetje + (δ+), O beetje – (δ-). Dit trekt elkaar aan.
Kan ook met N (δ-). Zijketens van aminozuren en ook de backbone heeft veel waterstofbruggen.
- Zoutbruggen. Binding tussen ionen. Aantrekkingskracht tussen + en -. Toestand van wel interactie
Pagina 3 van 26
