Samenvatting van het eerstejaars vak 8RA00 Biochemie op de TU Eindhoven van de studie Biomedische Technologie. De samenvatting bevat aantekeningen van alle colleges en de hoofdstukken 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 13, 14, 15, 28, 29, 30 van het boek Biochemistry van Jeremy M. Berg. Onderwerpen die aan bo...
Biochemie is het bestuderen van de chemie van levende processen
- Biologische macromoleculen: grote moleculen zoals proteïnen en nucleïnezuren
- Metabolieten: kleine moleculen zoals glycerol en glucose
Het komt vaak voor dat moleculen tot beide groepen behoren zoals DNA. Belangrijke metabole
processen worden ook in veel organismen uitgevoerd. Deze observaties suggereren dat alle levende
dingen op aarde hebben dezelfde voorouder en dat moderne organismen zich hebben geëvolueerd
vanuit deze voorouder naar de huidige vorm.
Soorten levende organismen:
- Eukaryoten: mens
o Meercellige organismen hebben celkern
- Prokaryoten:
o Eencellige organismen geen celkern
o Bacteriën
o Archaea
DNA geeft het verband tussen vorm en functie weer
DNA is een lineaire polymeer bestaande uit 4 monomeren
- Vaste ruggengraat waaruit verschillende substituenten steken basen
- De ruggengraat is opgebouwd uit repeterende suiker-fosfaat eenheden
- Suiker moleculen: deoxyribose
- Elk suikermolecuul zit vast aan 2 fosfaat groepen en aan een base
- Basen: Adenine (A), Cytosine (C), Guanine (G), Thymine (T)
Elke monomeer van DNA bestaat uit een suiker-fosfaat eenheid en een base
2 strengen DNA vormen samen een dubbele helix suiker-fosfaat eenheden liggen aan de
buitenkant en de basen aan de binnenkant. De basen van specifieke base paren (bp) houden de
waterstof bindingen bij elkaar: A-T en G-C. Waterstofbindingen zijn veel minder sterk dan covalente
bindingen. Deze zwakke bindingen zijn cruciaal voor biochemische systemen: ze zijn zwak genoeg
1
,om gebroken te worden in biochemische systemen, maar ze zijn sterk genoeg om specifieke
structuren te stabiliseren zoals de dubbele helix.
DNA helix heeft 2 eigenschappen die bijdragen aan erfelijk materiaal
- De structuur is uitwisselbaar met elke reeks basen. Terwijl de basen verschillend zijn in
structuur, hebben de basenparen dezelfde vorm en daardoor passen ze precies in het
centrum van de dubbele helix structuur van elke reeks
- Door de baseparing bepaalt de reeks basen langs 1 streng de reeks van de andere streng.
Covalente bindingen: bepalen de structuur van chemische bindingen
- Sterkste bindingen
- Wordt gevormd door het gedeelde paar van elektronen tussen atomen sigma binding
- Omdat de bindingen zo sterkt zijn, is het nodig om energie toe te voegen om ze te breken
- Disulfide bruggen (vaak in proteïnen)
o Makkelijk te breken of te maken door veranderingen in het redox potentiaal
- Amines en esters (proteïne, DNA)
o Breken af door hydrolyse basis voor de recycling van de bouwstenen
Noncovalente bindingen: zwakker dan covalente bindingen, maar zijn nodig voor biochemische
processen zoals de formatie van een dubbele helix
1. Ionische interacties: een geladen groep van een molecuul kan een tegenovergesteld geladen
groep aantrekken. De energie of een ionische interactie wordt gegeven door de Coulomb
Energie: E = kq1q2/Dr
o q1 en q2 zijn de ladingen van de 2 atomen
o r is de afstand tussen de 2 atomen
o D is de dielectric constante
o k is een proportie constante
2. Waterstof bindingen: ionische interacties met gedeeltelijke ladingen op nabijgelegen
atomen die elkaar aantrekken. De waterstof bindingen zijn verantwoordelijk voor de
specifieke base paar formatie in de DNA dubbele helix. Het waterstof atoom is gedeeltelijk
gedeeld met 2 elektronegatieve atomen zoals stikstof of zuurstof.
o Hydrogen-bond donor: bevat het atoom waaraan het waterstof atoom nauw
verbonden is en het waterstof atoom zelf
o Hydrogen-bond acceptor: bevat atoom die minder nauw verbonden is met het
waterstof atoom
Het elektronegatieve atoom waaraan het waterstof atoom gebonden is, trekt elektronen
dichtheid weg van het waterstof atoom creëert positieve lading (delta +). Het
waterstofatoom met de positieve lading kan interactie hebben met een atoom die een
negatieve lading heeft (delta -).
Waterstof bindingen zijn veel zwakker dan covalente bindingen.
3. Van der waals interacties: de verdeling van elektronische lading rondom een atoom
verandert door de tijd heen. De interactie tussen 2 atomen verhoogt wanneer de atomen
dichter bij elkaar komen, totdat ze gescheiden worden door de van der waals contact
afstand. Op afstanden kleiner dan de van der waals afstand worden sterke afstotende
krachten dominant doordat de buitenste elektronenwolken van de 2 atomen overlappen.
__________________________________________________________________________________
Intermezzo: eigenschappen van water de meeste reacties vinden plaats in een wateroplossing
- Water is een polair molecuul: het water molecuul is gebogen waardoor de verdeling van de
lading asymmetrisch is. De zuurstof kern haalt elektronen van de waterstof kern ruimte
om waterstof atoom is positief geladen
- Water is erg samenhangend: watermoleculen kunnen veel interactie hebben met andere
moleculen door de waterstof bindingen.
4. Hydrofobische interacties/ hydrofobisch effect: sommige moleculen (nonpolaire
moleculen) kunnen niet meedoen aan de waterstof bindingen of ionische interacties. Deze
bindingen zijn minder gewenst. De water moleculen die in contact staan met nonpolaire
moleculen vormen ‘kooien’ rondom deze atomen hierdoor worden ze meer geordend dat
de water moleculen die vrij in de oplossing zweven. Wanneer 2 nonpolaire moleculen
samenkomen, worden sommige moleculen vrijgelaten, waardoor ze makkelijk interactie
kunnen hebben met bulk water. Hierdoor laten de nonpolaire moleculen een verhoogde
neiging zien om in water met elkaar te associëren in vergelijking met andere oplossingen
hydrofobische effect.
Vorming van dubbele helix door de 2 strengen via de noncovalente interacties
1. Elke fosfaat groep in een DNA streng heeft een negatieve lading deze negatieve groepen
hebben interactie met elkaar over afstanden (ongewenst). Er vinden dus ongewenste
interacties plaats wanneer 2 strengen samenkomen. Deze ionische interacties verzetten zich
dus tegen de formatie van de dubbele helix. De sterkte van deze interacties wordt
verminderd door de hoge dielektrische constante van water en de aanwezigheid van ionen.
Deze positief geladen substanties hebben interactie met de fosfaat groepen en neutraliseren
gedeeltelijk de negatieve lading.
2. Waterstof bindingen zijn belangrijk voor de bepaling van de
formatie van specifieke base paren in de dubbele helix. In
een enkele streng worden de waterstofbrug donor en
acceptor blootgesteld aan oplossing en kunnen waterstof
bindingen vormen met water moleculen. Wanneer 2 strengen
samenkomen, worden deze waterstofbindingen verbroken en
nieuwe waterstof bindingen tussen de basen worden gevormd. De hoeveelheid gebroken
waterstof bindingen is gelijk aan de hoeveelheid gevormde waterstofbindingen, hierdoor
werkt dit proces niet tegen de formatie van de dubbele helix. Maar het draagt wel bij aan de
specificiteit van de binding. De formatie van de dubbele helix tussen noncomplementaire
reeksen is dus niet gewenst.
3. Binnen een dubbele helix staan de basen paren parallel aan elkaar en zitten bijna boven op
elkaar. De afstand hiertussen is bijna de van der waals contact afstand. Basen willen zelfs in
enkele strengen DNA op elkaar zitten. Maar de het opstapelen en de geassocieerde van der
waals interacties zijn bijna optimaal in een dubbele helix structuur.
4. Het hydrofobische effect draagt bij aan de voorkeur van base opstapeling. Meer complete
opstapeling van basen zorgt ervoor dat de nonpolaire oppervlakken van de basen uit het
water worden gehaald zodat ze met elkaar in contact kunnen komen.
3
, Wetten van de thermodynamica
- Systeem: materie binnen een bepaalde regio of ruimte
- Omgeving: de materie in de rest van het universum
1. De totale energie van een systeem en de omgeving is constant
o De energie inhoud van het universum is constant er kan geen energie gecreëerd
of worden of verdwijnen.
• Kinetische energie: random beweging van moleculen
• Potentiële energie: energie dat vrijkomt door een proces
o De eerste wet eist dat elke vorm van energie die vrijkomt bij de formatie van
chemische bindingen
• gebruikt moet worden om ander bindingen te breken
• vrij moet komen als warmte of licht
• moet opgeslagen worden in een andere vorm
- Entropie: maat voor de mate van willekeurigheid in een systeem
2. De totale entropie van een systeem plus die van de omgeving neemt altijd toe
o De lokale afname van entropie wordt vaak bereikt door vrijlating van warmte, die
zorgt voor een toename van de entropie in de omgeving
o Gibbs free energy:
o Delta G beschrijft de energie van biochemische reacties
o De Gibbs free energy houdt rekening met de entropie van het systeem en de
omgeving
o De totale energie neemt alleen toe als:
•
•
o Dus de verandering in de Gibbs free energy is negatief voor een proces dat spontaan
plaatsvindt. Er is negatieve Gibbs free energy wanneer en alleen wanneer de
gehele entropie van het universum toeneemt.
Toepassing thermodynamica op dubbele helix DNA
- De formatie van de dubbele helix van 2 strengen resulteert in een toename voor het
systeem een afname van de entropie van het systeem
- De volgorde binnen een systeem kan toenemen door genoeg warmte vrij te laten in de
omgeving zodat de entropie van het universum toeneemt.
Zuur-base reacties door covalente bindingen
- Water ionen worden toegevoegd aan moleculen of verwijderd van de moleculen
- Een water ion is een proton H+ water ionen komen voor in oplossing gebonden aan
watermoleculen H3O+ hydronium ionen
- pH is de concentratie van water ionen in oplossing
- Evenwichtsconstante K voor water is 1,8 . 10-16
- [H2O] in puur water is 55,5 M
- Met pH=7: [H+] = 10-7 M [OH-] = 10-7 M
- Hoe zuurder de oplossing, hoe lager de pH
- Zie pH aantekeningen!
Zuur-base reacties kunnen de dubbele helix verstoren
- Wanneer er een base toegevoegd wordt aan een oplossing die de dubbele helix bevat, zal de
pH stijgen, maar de concentratie van de dubbele helix verandert niet. Wanneer de pH 9
nadert, begint de dubbele helix e dissociëren in de enkele strengen. Wanneer de pH nog
4
Voordelen van het kopen van samenvattingen bij Stuvia op een rij:
Verzekerd van kwaliteit door reviews
Stuvia-klanten hebben meer dan 700.000 samenvattingen beoordeeld. Zo weet je zeker dat je de beste documenten koopt!
Snel en makkelijk kopen
Je betaalt supersnel en eenmalig met iDeal, creditcard of Stuvia-tegoed voor de samenvatting. Zonder lidmaatschap.
Focus op de essentie
Samenvattingen worden geschreven voor en door anderen. Daarom zijn de samenvattingen altijd betrouwbaar en actueel. Zo kom je snel tot de kern!
Veelgestelde vragen
Wat krijg ik als ik dit document koop?
Je krijgt een PDF, die direct beschikbaar is na je aankoop. Het gekochte document is altijd, overal en oneindig toegankelijk via je profiel.
Tevredenheidsgarantie: hoe werkt dat?
Onze tevredenheidsgarantie zorgt ervoor dat je altijd een studiedocument vindt dat goed bij je past. Je vult een formulier in en onze klantenservice regelt de rest.
Van wie koop ik deze samenvatting?
Stuvia is een marktplaats, je koop dit document dus niet van ons, maar van verkoper maritysm. Stuvia faciliteert de betaling aan de verkoper.
Zit ik meteen vast aan een abonnement?
Nee, je koopt alleen deze samenvatting voor €5,49. Je zit daarna nergens aan vast.
