Hoofdstuk 1. De chemie van het leven

Leven < materie < verbindingen < elementen

Leven <Leven < materie < verbindingen < elementen< verbindingen < elementen

al wat gewicht heeft en ruimte inneemt

Leven < materie < verbindingen <Leven < materie < verbindingen < elementen

een stof die niet in anderestoffen kan ontbonden worden

[92 natuurlijk + 26 kunstmatig] < 25 voor het leven

zuurstof (O) : 65%

koolstof (C) : 18.5%waterstof (H) : 9.5%

stikstof (N) : 3.3%

overige elementen

Elementen in het menselijk lichaam (massa%)

overige elementen

Elementen in het menselijk lichaam (massa%)

• Calcium (Ca) : 1.5%

Calcium (Ca)

botvorming, bloedstolling, overdracht zenuwimpulsen

• belangrijk voor oa. :

• zit oa. in :

• ziektebeelden bij tekort :

fragiele beenderen, osteoporosis

kaas, melkproducten, sardientjes,sesamzaadjes

                                       

overige elementen

Elementen in het menselijk lichaam (massa%)

• Calcium (Ca) : 1.5%Calcium (Ca) : 1.5%• Fosfor (P) : 1.0 %

Fosfor (P)

vorming tanden en botten, vet- en eiwitmetabolisme

• belangrijk voor oa. :

• zit oa. in :

• ziektebeelden bij tekort :

chocolade, zemelen, granen, soya,vis, eieren, kaas, vlees, melkproducten, noten

onvolgroeide botten, tanden                                        

overige elementen

Elementen in het menselijk lichaam (massa%)

• Calcium (Ca) : 1.5%Calcium (Ca) : 1.5%• Fosfor (P) : 1.0 %Fosfor (P) : 1.0 %• Kalium (K) : 0.4 %

Kalium (K)

spierwerking, overdracht zenuwimpulsen, eiwit-metabolisme

• belangrijk voor oa. :

• zit oa. in :

• ziektebeelden bij tekort :

groenten, fruit (bananen !), brood, vis, melk,…

verstoorde spierwerking, hartritmestoornissen, Verstoorde waterhuishouding                                        

overige elementen

Elementen in het menselijk lichaam (massa%)

• Calcium (Ca) : 1.5 %Calcium (Ca) : 1.5 %• Fosfor (P) : 1.0 %Fosfor (P) : 1.0 %• Kalium (K) : 0.4 %Kalium (K) : 0.4 %• Zwavel (S) : 0.3 %• Natrium (Na) : 0.2 %• Chloor (Cl) : 0.2 %• Magnesium (Mg) : 0.1 %

Magnesium (Mg)

onderdeel van vele enzymen (energietransport)werking spieren en zenuwen

• belangrijk voor oa. :

• zit oa. in :

• ziektebeelden bij tekort :

krampen

granen, groenten, noten

                                       

overige elementen

Elementen in het menselijk lichaam (massa%)

• Calcium (Ca) : 1.5 %Calcium (Ca) : 1.5 %• Fosfor (P) : 1.0 %Fosfor (P) : 1.0 %• Kalium (K) : 0.4 %Kalium (K) : 0.4 %• Zwavel (S) : 0.3 %Zwavel (S) : 0.3 %• Natrium (Na) : 0.2 %Natrium (Na) : 0.2 %• Chloor (Cl) : 0.2 %Chloor (Cl) : 0.2 %• Magnesium (Mg) : 0.1 %Magnesium (Mg) : 0.1 %

+ spoorelementen (< 0.01%)

Elementen in het menselijk lichaam (massa%)

+ spoorelementen (< 0.01%)

• boor (B)• chroom (Cr)• kobalt (Co)• koper (Cu)• fluor (F)• jood (I)• ijzer (Fe)• mangaan (Mn)• selenium (Se)• zink (Zn)• ....

Elementen in het menselijk lichaam (massa%)

+ spoorelementen (< 0.01%)

• boor (B)boor (B)• chroom (Cr)chroom (Cr)• kobalt (Co)• koper (Cu)koper (Cu)• fluor (F)fluor (F)• jood (I)jood (I)• ijzer (Fe)ijzer (Fe)• mangaan (Mn)mangaan (Mn)• selenium (Se)selenium (Se)• zink (Zn)zink (Zn)• ........

onderdeelvitamine B-12

bloedarmoedeontregeling zenuwstelsel

micro-organismen,dierlijke producten

Elementen in het menselijk lichaam (massa%)

+ spoorelementen (< 0.01%)

• boor (B)boor (B)• chroom (Cr)chroom (Cr)• kobalt (Co)kobalt (Co)• koper (Cu)koper (Cu)• fluor (F)• jood (I)jood (I)• ijzer (Fe)ijzer (Fe)• mangaan (Mn)mangaan (Mn)• selenium (Se)selenium (Se)• zink (Zn)zink (Zn)• ........

cariës

zeezout, vis,leidingswater

Elementen in het menselijk lichaam (massa%)

+ spoorelementen (< 0.01%)

• boor (B)boor (B)• chroom (Cr)chroom (Cr)• kobalt (Co)kobalt (Co)• koper (Cu)koper (Cu)• fluor (F)fluor (F)• jood (I)• ijzer (Fe)ijzer (Fe)• mangaan (Mn)mangaan (Mn)• selenium (Se)selenium (Se)• zink (Zn)zink (Zn)• ........

vorming schildklierhormonen

krop, mentale retardatie, geremde groei, haaruitval,

vertraagde reflexen, droge huid

gejodeerd zoutzeevruchten

Elementen in het menselijk lichaam (massa%)

+ spoorelementen (< 0.01%)

• boor (B)boor (B)• chroom (Cr)chroom (Cr)• kobalt (Co)kobalt (Co)• koper (Cu)koper (Cu)• fluor (F)fluor (F)• jood (I)jood (I)• ijzer (Fe)• mangaan (Mn)mangaan (Mn)• selenium (Se)selenium (Se)• zink (Zn)zink (Zn)• ........

onderdeel systemen zuurstofopname

bloedarmoede

chocolade, zemelen, corn-flakes,muesli, mosselen, gist, hart,

lever, noten

Leven < materie <Leven < materie < verbindingen < elementen< elementen

stof bestaande uit tweeof meer elementen

Natrium (Na)

Chloor (Cl)

Natriumchloride (NaCl)

Verbindingen

covalente binding

H H

H - H structuurformule

H2 molecuulformule

Verbindingen

O

dubbele covalente bindingO = O

02

Verbindingen

O

twee covalente bindingenH20

H

H

Verbindingen

C H

H

H

H

vier covalente bindingenCH4

Verbindingen

• covalente bindingen• nonpolaire covalente bindingen (vb: O2, CH4)• polaire covalente bindingen (vb : H20)

O

H

H

Verbindingen

• covalente bindingencovalente bindingen• ionische bindingen

NaCl

Verbindingen

• covalente bindingencovalente bindingen• ionische bindingen

Na+

Cl-

Natriumion(een kation)

Chloorion(een anion)

Natriumchloride (NaCl)

Verbindingen

• covalente bindingencovalente bindingen• ionische bindingenionische bindingen• waterstofbindingen O

H

H

OH

C

H

H

waterstofbinding

Verbindingen

• covalente bindingencovalente bindingen• ionische bindingenionische bindingen• waterstofbindingenwaterstofbindingen• Van der Waalskrachten

zendende cel

ontvangende cel

signaalmolecule

receptormolecule

synaps

Vorm en functie van moleculen

vorm molecule ~ orbitalen

H2, O2 : lineair

H20 : V-vormig

CH4 : tetrahedron

Vorm en functie van moleculen

endorfinemorfine

CHO

NS

Chemische reacties

2 H2 + 02 2 H20

reagentia product

3 H2 + N2 2 NH3

chemisch evenwicht

De moleculen van het leven

• Water

Water : eigenschappen

• hoge cohesie dankzij waterstofbindingen

Water : eigenschappen

• hoge cohesie dankzij waterstofbindingen• hoge specifieke warmte (buffer)• hoge verdampingswarmte

Water : eigenschappen

• hoge cohesie dankzij waterstofbindingen• hoge specifieke warmte (buffer)• hoge verdampingswarmte • lagere densiteit in vaste toestand

Water : eigenschappen

• hoge cohesie dankzij waterstofbindingen• hoge specifieke warmte (buffer)• hoge verdampingswarmte • lagere densiteit in vaste toestand• uitstekende solvent

Water : dissociatie

2 H20 H30+ + OH-

H20 H+ + OH-

zuren : verhogen de concentratie H+-ionen

HCl H+ + Cl-

basen : verlagen de concentratie H+-ionen

NaOH Na+ + OH-

Water : de pH-schaal pH = -log[H+]

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

maagzuur, citroenzuur

azijn, bier, wijn, cola

tomatensapzwarte koffieregenwaterurine

zuiver watermenselijk bloed

zeewater

huishoudelijk ammoniak

huishoudelijk bleekmiddel

schoonmaakproducten oven

[H+] = [OH-]

[H+] > [OH-]

[H+] < [OH-]

7menselijk bloed

[H+] = [OH-]

[H+] > [OH-]

[H+] < [OH-]

H2CO3 HCO3- + H+

bij stijging pH

bij stijging pH

Water : buffers

Water : zure regen (pH < 5.6)

De moleculen van het leven

• WaterWater• Koolhydraten

• Suikers• Polysacchariden

polymeer

monomeren

Koolhydraten : suikers

•Structuur

monosacchariden : (CH20)x

HO

C

C

C

C

C

C

H

OH

OH

OH

OH

OH

H

H

H

H

H

C

C O

C

CC

H

HH

OH

OH

OH

H

CH2OH

OH

H

glucose

Koolhydraten : suikers

•Structuur

monosacchariden : (CH20)x

hexosen (glucose, galactose, fructose)

pentosen (ribose, ribulose)

fr

Koolhydraten : suikers

•Structuur

monosaccharidendisacchariden

gl glO maltose

Ogl sucrose

gl galO lactose

Koolhydraten : suikers

•Functies

• energiebron• bouwstenen voor aminozuren, vetzuren, ...

Koolhydraten : polysacchariden

•Structuur

amylose amylopectine glycogeen

Koolhydraten : polysacchariden

•Functies

• opslag van suikers

planten : zetmeel

Koolhydraten : polysacchariden

•Functies

• opslag van suikers

planten : zetmeel dieren : glycogeen

• energiebronenergiebron• structurele ondersteuning

Koolhydraten : polysacchariden

•Functies

planten : cellulose

globale productie = 100 000 000 000 ton/jaar

• energiebronenergiebron• structurele ondersteuning

Koolhydraten : polysacchariden

•Functies

planten : cellulose dieren : chitine

De moleculen van het leven

• WaterWater• KoolhydratenKoolhydraten• Lipiden

• Vetten• Fosfolipiden• Steroïden

Lipiden : vetten

•Structuur

niet-polaire, dus hydrofobe staarten

Lipiden : vetten

•Structuur

onverzadigde vetzuren

Lipiden : vetten

•Structuur

Lipiden : vetten

•Structuur

verzadigde vetzuren

Lipiden : vetten

•Structuur

Lipiden : vetten

•Functies

• energieopslag

Lipiden : fosfolipiden

•Structuur

vetzuren

glycerolfosfaatgroep

hydrofiele kop hydrofobe staart

Lipiden : fosfolipiden

•Structuur

hydrofiele kop

hydrofobe staart

micellewater

Lipiden : fosfolipiden

•Structuur

water

fosfolipiden ‘bilayer’

Lipiden : fosfolipiden

• Functies

• membranen

Lipiden : steroïden

• Structuur

HO

CH3

CH3 CH3

CH3H3C

cholesterol

Lipiden : steroïden

• Functies

• precursor van sexhormonen (testosteron, oestrogenen)

• precursor vitamine D, gal

• veroorzaakt artherosclerose

De moleculen van het leven

• WaterWater• KoolhydratenKoolhydraten• LipidenLipiden• Eiwitten (=proteïnen)

Eiwitten

polymeer

monomeren

• Structuur

polypeptide

aminozuren

H3N+ C C

H

H

O

O-

glycine (Gly)

Eiwitten

• Structuur

Glycine (Gly) Threonine (Thr)Alanine (Ala) Cysteine (Cys)Valine (Val) Tyrosine (Tyr)Leucine (Leu) Asparagine (Asp)Isoleucine (Ile) Glutamine (Gln)Methionine (Met) Aspartinezuur (Asp)Phenylalanine (Phe) Glutaminezuur (Glu)Tryptofan (Trp) Lysine (Lys)Proline (Pro) Arginine (Arg)Serine (Ser) Histidine (His)

aminozuren

Eiwitten

• Structuur

• primaire structuur

Val-His-Leu-Thr-Pro- Glu-Glu-...1 2 3 4 5 6 7 146

Val-His-Leu-Thr-Pro-Val - Glu-...1 2 3 4 5 6 7 146

Eiwitten

• Structuur

• primaire structuurprimaire structuur• secundaire structuur

Eiwitten

• Structuur

• primaire structuurprimaire structuur• secundaire structuursecundaire structuur• tertiaire structuur

Eiwitten

• Structuur

• primaire structuurprimaire structuur• secundaire structuursecundaire structuur• tertiaire structuur• quaternaire structuur

Eiwitten

• Functies

• structurele eiwitten : ondersteuning

Eiwitten

• Functies

• structurele eiwitten : ondersteuning

Eiwitten

• Functies

• structurele eiwitten : ondersteuningstructurele eiwitten : ondersteuning• opslageiwitten : opslaan van aminozuren

eiwit: ovalbumine melk: caseïne

Eiwitten

• Functies

• structurele eiwitten : ondersteuningstructurele eiwitten : ondersteuning• opslageiwitten : opslaan van aminozurenopslageiwitten : opslaan van aminozuren• transporteiwitten : transporteren

hemoglobine membraaneiwitten

Eiwitten

• Functies

• structurele eiwitten : ondersteuningstructurele eiwitten : ondersteuning• opslageiwitten : opslaan van aminozurenopslageiwitten : opslaan van aminozuren• transporteiwitten : transporterentransporteiwitten : transporteren • hormonale eiwitten : coördinatie

vb: insuline

Eiwitten

• Functies

• structurele eiwitten : ondersteuningstructurele eiwitten : ondersteuning• opslageiwitten : opslaan van aminozurenopslageiwitten : opslaan van aminozuren• transporteiwitten : transporterentransporteiwitten : transporteren • hormonale eiwitten : coördinatiehormonale eiwitten : coördinatie• contractiele eiwitten : beweging

Eiwitten

• Functies

• structurele eiwitten : ondersteuningstructurele eiwitten : ondersteuning• opslageiwitten : opslaan van aminozurenopslageiwitten : opslaan van aminozuren• transporteiwitten : transporterentransporteiwitten : transporteren • hormonale eiwitten : coördinatiehormonale eiwitten : coördinatie• contractiele eiwitten : bewegingcontractiele eiwitten : beweging• receptoreiwitten : ontvangen signalen• defensieve eiwitten : verdediging cellen• enzymatische eiwitten : bevorderen reacties

De moleculen van het leven

• WaterWater• KoolhydratenKoolhydraten• LipidenLipiden• Eiwitten (=proteïnen)Eiwitten (=proteïnen)• Nucleïnezuren

• DNA desoxyribonucleic acid• RNA ribonucleic acid

Nucleïnezuren

• Structuur

polymeer

monomerennucleotiden

polynucleotideketen

Nucleïnezuren

• Structuur

OO-

P

O

O-

fosfaatgroep

OCH2

pentosesuiker

base

Nucleïnezuren

• Structuur

CN

C

CH

CHNH

NH2

O

cytosine

CHN

C

C CH3

CHNH

O

O

thymine

CHN

C

CH

CHNH

O

O

uracil

CN

HC

CH

CNH

NH2

N

CH

NH

adenine

CN

C

CH

CNH

N

CH

NH

O

NH2

guanine

pyrimidinen :

purinen :

CN

C

CH

CHNH

NH2

O

cytosine

CHN

C

C CH3

CHNH

O

O

thymine

CHN

C

CH

CHNH

O

O

uracil

CN

HC

CH

CNH

NH2

N

CH

NH

adenine

CN

C

CH

CNH

N

CH

NH

O

NH2

guanine

Nucleïnezuren

• Structuur

DNA RNA

suiker+fosfaatgroepen

basen

A-TG-C

Nucleïnezuren

• Structuur

DNA

dubbele helix

Nucleïnezuren

• Functies

• opslag genetische informatie• replicatie• synthese RNA• synthese eiwitten

DNA :

RNA : • informatie-overdracht• transport

Chemie van het leven

• Chemische elementen en verbindingenChemische elementen en verbindingen• Moleculen van het levenMoleculen van het leven• Celmetabolisme

pathways : anabole en katabole

ATP-cyclus

• mechanische arbeid

ATP-cyclus

• mechanische arbeidmechanische arbeid• transport

ATP-cyclus

• mechanische arbeidmechanische arbeid• transport

ATP-cyclus

• mechanische arbeidmechanische arbeid• transport

ATP-cyclus

• mechanische arbeidmechanische arbeid• transporttransport• chemische arbeid

+ E

adenine

ribose fosfaatgroepen

+H20

ATP

+ + E

ADP

ATP-cyclus

ATP-cyclus

ATPADP

één werkende spiercel : 10 000 000 ATP s-1

Chemie van het leven

• Chemische elementen en verbindingenChemische elementen en verbindingen• Moleculen van het levenMoleculen van het leven• Celmetabolisme

• ATP-cyclusATP-cyclus• Enzymen

Enzymen

sucrose glucose + fructosesucrase

Enzymen

sucrose

sucrase

actieve site

Enzymen

Enzymen

glucose

fructose

Enzymen

• temperatuurs- en pH-gevoelig• cofactoren, co-enzymen• inhibitoren competitieve inhibitoren

niet-competitieve inhibitoren

Enzymen

enzyme

substraat

Enzymen

enzyme

competitieve inhibitor

Enzymen

enzyme

Enzymen

niet-competitieveinhibitor

enzyme

Chemie van het leven

• Chemische elementen en verbindingenChemische elementen en verbindingen• Moleculen van het levenMoleculen van het leven• Celmetabolisme

• ATP-cyclusATP-cyclus• EnzymenEnzymen• Controle van het metabolisme

aan en afzettengenen

regelingactiviteitenzymen

lokatieenzymen