Biologie 2004-2005
Biologie Hoofdstuk 1:
Moleculen van het leven
Atomen van het leven De mens is opgebouwd uit verschillende soorten materie, waaronder moleculen. Maar de mens heeft bepaalde elementen nodig die instaan, en die uiteraard noodzakelijk zijn, in het overleven. Atomen zijn hierbij belangrijk, want deze zijn nodig om leven mogelijk te maken. We kunnen deze atomen rangschikken van belangrijk naar minder belangrijk. C
koolstof vormt de ruggengraat van het leven, het is belangrijk
H
waterstof, kan maar enkel 1 binding maken, maar is uiteraard
O
zuurstof, dit mogen we alleszins niet vergeten, het vormt de
N
stikstof, een atoom die ook in ons lucht zit, deze is de
omdat het atoom 4 bindingen kan maken met andere atomen.
belangrijk.
basis voor de lucht die wij dagelijks in en uitademen.
bouwsteen voor alles wat leeft, staat in voor het opbouwen van eiwitten. P
fosfor, een atoom die levensnoodzakelijk is, maar die in grote hoeveelheid schade kan berokken aan de natuur en zijn omgeving. Vb.: vele wasproducten zijn fosfaatvrij, maar wanneer dit niet zo is dan komt de fosfor terecht in het leidingwater, mondt uit in een rivier en dan beginnen de problemen zich op te stapelen. Door de aanwezigheid van fosfor kunnen algen geweldig goed groeien, maar zij halen al het zuurstof dat in het water zit eruit, met het logische gevolg
© Ewout Deschuytter
1
Biologie 2004-2005 dat de vissen niet meer kunnen overleven en bovendrijven. De rivier is want men noemt biologisch dood. S
zwavel, staat in voor het maken van eiwitten.
Ca, Mg, K, Fe, Na, Cl, Zn, Se, Co, I,… zijn allemaal atomen die elk hun nut bewijzen, zoals Ca is noodzakelijk om de botten te verstevigen. Mg om krampen te verzachten (sport),…
Water
Het atoom O zal de 2 elektronen gaan opnemen, maar omdat de 2 H-atomen die elektronen niet willen weggeven ontstaat er een ionverbinding. H wil geen 1 elektron hebben maar 2. H ------ H +δ
elektronen zijn gelijk verdeelt
H ---- O-δ
O is sterker (E.N waarde bedraagt veel meer dan die van H) dus zal hij het elektron naar zich toe trekken. H20 is polair, dit wil zeggen dat alles wat een lading heeft, lost op in water.
© Ewout Deschuytter
2
Biologie 2004-2005
Waterstofbruggen komen niet enkel voor bij water, maar ook bij ammoniak enz… Wanner waterstof gekoppeld is aan polaire moleculen → Waterstofbrug. Wanneer er 4 waterstofbruggen zijn → IJs Om ijs te vormen zijn er 4 bruggen nodig, omdat er lege ruimte is. Water zet uit na bevriezing!
Water in vloeibare toestand heeft 3 bruggen. Alle moleculen hangen stevig aan elkaar, en daarom moet je er veel energie in steken om het te breken.
IJs drijft op water: toep. vijver IJslaag beschermt het leven in de vijver, en indien de ijslaag zou zinken naar de
bodem, dan zou er zich een nieuwe laag vormen, en telkens weer zal deze laag naar beneden zinken. Na verloop van tijd zal de hele vijver bevroren zij n. Gevolg: geen leven meer.
Water is een uitstekend milieu waar verschillende reacties kunnen worden veroorzaakt, zoals roest. Het polaire karakter van water is de oorzaak bij zulke reacties.
Suikers & Koolhydraten Indien we suiker zouden opwarmen vindt volgende reactie plaats: Suiker karameliseert, water verdwijnt, koolstof blijft achter. Koolhydraten bestaan dus enerzijds uit koolstof, en anderzijds uit water. a. Monosacchariden Bestaan uit 1 suikermolecule! C6H12O6
Hexosen (“ose” duidt op een suikerkarakter)
C5H10O5
Pentosen
© Ewout Deschuytter
3
Biologie 2004-2005
Galactose <═> Fructose Verschil tussen galactose en fructose is de plaats van het OH en OH en H atoom.
fructose:
Galactose:
Galactose wordt beter opgenomen in door de dunne darm (resorbeert beter). Galactose ontstaat in de dunne darm uit lactose (melksuiker) uit melk. Lactose is een disaccharide
dat bestaat uit glucose en galactose. Dit lactose wordt afgebroken door lactase, uit de darmsapkliertjes Fructose wordt beduidend minder goed wordt opgenomen door de dunne darm. b. Disacchariden Bestaan uit 2 moleculen Bekende voorbeelden van deze soort suiker zijn: kristalsuiker, bietsuiker, rietsuiker,… (Wetenschappelijke naam: sucrose of saccharose (duidt op een suikerachtig karakter)) a) Saccharose Dit disaccharide is opgebouwd uit de monosaccharide glucose en fructose.
Formule: Glucose en Fructose
C6H12O6 C6H12O6
© Ewout Deschuytter
4
Biologie 2004-2005
Maar (!)
C12H24O12 + H2O -> C12H22O11 + H2O
Snelle suikers: suikers die snel worden opgenomen in het bloed, bv: glucose Trage suikers: suikers die langzamer werken, worden veel trager in het bloed opgenomen, bv: banaan
Enzyme = biokatalysator (een stof die een reactie doet versnellen, maar wordt zelf niet verbruikt!) Sucrase = (--- duidt op een enzyme) een enzyme die sucrose zal verdelen. b) Lactose
Lactose is opgebouwd uit de monosacchariden galactose en glucose. Lactose wordt ook wel melksuiker genoemd en komt voor in melk. =melkzuur
Lactose is een voorbeeld van een snelle suiker, wordt snel opgenomen in het bloed. Lactase = een enzyme die hetzelfde werkt als sucrase, maar dan lactose zal delen. Opmerking: Lactose intolerantie Lactose wordt in de spijsvertering afgebroken tot galactose en glucose door het enzym lactase. De meeste kinderen kunnen lactose afbreken in hun spijsvertering. In tegenstelling tot kinderen is er een grote groep
volwassenen in de wereld die geen lactase kunnen produceren. Deze mensen zijn dan intolerant voor melk. Na het drinken van melk, hoopt lactose zich op in de lumen van de darm omdat ze geen mechanisme hebben om dit © Ewout Deschuytter
5
Biologie 2004-2005 disaccharide op te nemen. De symptomen bij lactose intolerantie zijn misselijkheid, kramp, pijn en diaree. Lactose intolerantie is een genetische afwijking die meestal in de pubertijd of bij volwassenen tot uiting komt. (Er is met lactase behandelde melk
verkrijgbaar voor lactose intolerante mensen. Het vermogen van mensen om lactose ook tijdens de volwassenheid af te breken, schijnt zich te hebben ontwikkeld sinds de mensen rundvee gingen temmen. Dit was enkele duizenden jaren geleden.) c) Maltose Dit disacchariden is opgebouwd uit twee monosacchariden glucose. Maltose wordt ook wel moutsuiker genoemd.
c. Polysacchariden Polymeren zijn biomoleculen opgebouwd uit eenheden waarin we de monosacchariden herkennen. Sommige polysacchariden zijn hydrolyseerbaar door middel van enzymen in de spijsvertering. Hierdoor worden polysacchariden gesplitst in de monosacchariden. a) Zetmeel Zetmeel dient als energieopslag in planten.
© Ewout Deschuytter
6
Biologie 2004-2005 Zetmeel bewaart zeer lang. Toep. Boom: een boom slaat zetmeel op in de wortels, om het jaar nadien het zetmeel als energie te gebruiken bij het aanmaken van nieuwe bladeren. b) Glycogeen Glycogeen dient als energie opslag bij mensen.
Glycerogeen = (--- doen ontstaan van…) vb:
Cancerogeen = doen ontstaan van kanker Ionogeen = doen ontstaan van ionen Glycogeen: lever en spieren maken dit aan
De lever heeft een eigen opslagplaats, maar die wordt gebruikt door het lichaam, de spieren hebben hun eigen opslagplaats.
Je bouwt glycogeen aan en af -> Homeostase van glucose (gelijkblijvend van glucose) Homeostase is de min of meer stabiele toestand van het interne milieu. Als de homeostase in een dier niet gehandhaafd kan worden, dan gaat het dier dood. En om de homeostase te handhaven moeten energie en stoffen worden aangevoerd en afgevoerd. Zuur en temperatuur manipuleren de homeostase! Zie doc. 1 en 2
© Ewout Deschuytter
7
Biologie 2004-2005
[Glucose]
Insuline MAX
MIN
glucagon
Tijd
De afbeelding is sterk vergroot, als je van een afstand kijkt zie je enkel een rechte lijn, in de plaats van een ‘zwierende’ curve.
Vetten a. Structuur van een vet H
|
O | | | | | | | | | | | | | | | |
--C--C--C--C--C--C--C--C--C--C--C--C--C--C--C---C═ O | | | | | | | | | | | | | | | Vetzuur = carbonzuur
‘Vetten lossen niet op in water’: een vet is niet polair, maar apolair. Enkel de kop van het carbon zuur is polair, maar lost niet op in water.
© Ewout Deschuytter
8
Biologie 2004-2005 De kop zal zich verbinden met een alcohol! H |
H–O –C–H
omkaderde gedeelte duidt op een alcohol
| H–O –C–H
Glycerol = glycerine
| H–O –C–H
Propaantriol
|
H O
//
H–C
Mierenzuur = acidum formicum
\
H O
//
CH3 – C
Azijnzuur = acidum aceticum
\
H H+
O
|| CH3 –(- CH2)16 – C – O – H O
||
CH3 –(- CH2)16 – C – O Nucleofiele aanval! H
-δ +
H H–O
-
| +δ
H ---- O ---- C ---- H
= H2O
|
H–O –C –H |
H–O –C –H |
H
© Ewout Deschuytter
9
Biologie 2004-2005 Eindresultaat: H |
CH3 –(- CH2)16 ------ C – H | H 2O
H–O–C–H |
H–O–C–H | H CH3 –(- CH2)16 – COOH + Ch2OH – CHOH – CH2OH ↓ CH3 –(- CH2)16 – CO – O – CH2 – CHOH – CH 2OH + H2O Condensatiereactie → er wordt water gevormd Vet = lipide = mono glycerine O H || | CH3 –(-CH2)16--C—O—C—H O | || | CH3 –(-CH2)18--C—O—C—H
diglyceride
O | || | CH3 –(-CH2)20--C—O—C—H
triglyceride
(Mag gekozen worden)
Verzadigde vetten (of saturated)→ maximaal aantal waterstoffen, zij zijn verzadigd met H’s. Enkel en alleen als het vet opgevuld is met H, dan spreken we van verzadigde vetten.
109° Onverzadigde vetten:
© Ewout Deschuytter
10
Biologie 2004-2005 Doordat er een dubbele binding is met 2 C’s, verkrijgt men niet een hoek van 109° maar een van 120° graden. Dit verklaart waarom de tekening op een bepaald ogenblik een knik vertoont.
R
C ══ C
H
R
R
H
H
CIS
H
C ══ C
R TRANS
-
mono-onverzadigde vetten: 1 dubbele binding per vetzuur
-
poly-onverzadigde vetten: 2 of meer dubbele bindingen
Verzadigde vetzuren zijn erg stabiel. Dat komt omdat alle bindingsmogelijkheden zijn
gebruikt om er een waterstofatoom aan te koppelen (ze hebben als het ware de handen vol
en kunnen niets meer aanpakken). Transvetzuren zijn eigenlijk vetten die normaal niet in de natuur voorkomen. Je komt ze tegen in koekjes, margarines, halvarines, snacks, snoep, koffiemelkpoeder, pizza's en verder alles wat gemaakt is met margarine en/of halvarine
en/of geharde plantaardige olie. Transvetzuren zijn vetzuren die zijn ontstaan door de een of andere (fabrieksmatige) bewerking. Het lichaam heeft dan ook duidelijk moeite om transvetzuren te verteren. Ze verhogen bovendien het niet gunstige LDL cholesterol en verlagen het gunstige HDL cholesterol. Het zijn vooral de transvetzuren die
cholesterolverhogend werken.
© Ewout Deschuytter
11
Biologie 2004-2005 Onverzadigde vetzuren hebben één (enkelvoudig (eov)) of meerdere (meervoudig (mov)) dubbele bindingen in hun keten. Daarnaast wordt nog onderscheid gemaakt tussen transen cisvetzuren. Dit slaat op de wijze waarop de twee waterstofatomen aan weerskanten
van de dubbele binding ruimtelijk zijn gestructureerd; naast elkaar (cis) of tegenover elkaar (trans). Geconjugeerd systeem: een oneindig spel van enkele en dubbele bindingen: Dit systeem is echter zeer stabiel! Voorbeeld hierboven is Benzeen. Geconjugeerde dubbele bindingen: H H
H
H
|
|
|
|
C=C |
C=C
C=C
(CH3) – (CH2)6
stroom van elektronen
(CH2)2 – COOH
|
|
H
H
Dubbele binding / enkele binding / dubbel / enkel / ….
Belangrijkste bron van Omega 3:
Vette vis zoals: zalm, makreel, paling, heilbot en haring. b. Vetten in onze voeding
Algemeen: onze voeding is te vettig en te gesuikerd!
Vandaag de dag: 40-50% suikers 30-40% vetten
20-30% eiwitten (proteïnen)
70 à 80% van de vetten die wij eten zijn verzadigde vetten. Maar deze veroorzaken allerlei kwalen met soms een drastisch einde. Het zou veel beter zijn om in de plaats van 70-80% verzadigde vetten in te nemen, 70 à 80% onverzadigde vetten.
© Ewout Deschuytter
12
Biologie 2004-2005 Daarnaast is onze voeding te gesuikerd, bevat teveel korte suikers die een enorme zoete smaak hebben, daarom liever de lange suikers, om en bij de 90% lange suikers Op het gebied van proteïnen zitten we goed, dus daar wijzigen we niets aan. Dus:
40% suikers waarvan 90% lange suikers 30% eiwitten 30% vetten, liefst onverzadigde vetten NB: Schaaldieren bezitten te veel verzadigde vetten zoals: kreeft en garnalen. Zij doen het cholesterolgehalte stijgen. Schelpdieren echter zijn veel gezonder ADI = (acceptable daily intake) accepteerbare dagelijkse inname BMI = (body masse index) lichaamsmassa index (hoe te berekenen? Massa/lengte²) De waarde mag schommelen tussen de 20 en 25, wanneer deze wordt overschreden, is het aan te raden dat men gaat letten op de voeding. Het nadeel aan onverzadigde vetten is dat het niet lang houdbaar is. Het gaat oxideren met zuurstof waardoor het een onaangename geur verspreid. H H |
|
GH3 – CH2 – CH2 – C = C – (CH2)10 – COOH + O2 oxideerd GH3 – CH2 – CH2 – C – C – (CH2)10 – COOH |
|
|
|
O O H H
GH3 – CH2 – CH2 – C – C – (CH2)10 – COOH © Ewout Deschuytter
13
Biologie 2004-2005 || || O O GH3 – CH2 – CH2 – COOH + HOOC – (CH2)10 – COOH
Eiwitten – Proteïnen Eiwitten of proteïnen zijn de meest complexe stoffen die er zijn in de voedingsleer! 1) Aminozuren Amino: -- NH3 (aminogroep) Zuur: -- COOH (carbonzuurgroep) -- NH2
-- COOH
-- NH3 +
-- COO -
Gemeenschappelijk gedeelte: H
H
| Bij aminozuren:
NH 3+
HOOC – C – NH2
|
of
-
OOC – C –
|
|
R
R
20 R-groep
R1: H-groep vb: glycine (zitten niet graag in water → apolaire zijgroep, lossen dus niet op in water) R2 R20 Neutrale / Positieve / Negatieve Hydrofobe / Hydrofiel © Ewout Deschuytter
14
Biologie 2004-2005 Klein / Groot zijkettingen Cysterine: vorming van S-bruggen (zwavelbruggen)
Zie blad a) Primaire structuur Fig.2.1
H O
H H
| ||
|
H2N – C – C
Fig.2.2
|
|N – C – COOH
| |
|
R O–H
H R
H O | ||
|
H H | +δ
| -
H2N – C – C
|N – C – COOH
| |
|
R O–H
Fig.2.3
H O
R
H
| ||
|
H2N – C – C ----- N – C – COOH |
|
|
R
H R
OH- + H+ → H2O
condensatie reacties
neucleofiele aanval van N of C
De kleinste eenheden van eiwitten zijn aminozuren. Aminozuren zijn opgebouwd volgens een algemene formule, de R (R van Restgroep) is per aminozuur verschillend. Hieronder is de algemene formule van een aminozuur weergegeven.
© Ewout Deschuytter
15
Biologie 2004-2005
Aminozuren hebben zowel een zure groep (COO-) en een basische groep (NH3+).
In ons lichaam komen de aminozuren vooral voor in de vorm als hierboven beschreven, met een + en - lading. Eiwitten zijn lange ketens van aan elkaar gekoppelde aminozuren. De koppeling
tussen twee aminozuren wordt een peptide binding genoemd. De NH 3 groep reageert dan met de COO- groep onder afsplitsing van water (H2O).
Mensen gebruiken 20 verschillende aminozuren bij het synthetiseren (maken) van eiwitten. Sommige van deze aminozuren kunnen door het menselijke lichaam niet, of niet voldoende gemaakt worden. Deze aminozuren moeten door middel van voeding in het lichaam komen. Deze aminozuren worden daarom "essentieel" genoemd.
Er zijn 8 verschillende aminozuren essentieel (Namelijk: Lys, Thr, Val, Leu, Ile, Met, Phe en Trp). Arg en His zijn essentieel bij kinderen en snelle groei. Ontbreken
essentiële aminozuren op den duur in het voedsel, dan wordt de gezondheid ernstig geschaad. Aminozuren in onze voeding krijgen we vooral binnen in de vorm van eiwitten, deze eiwitten worden in de spijsvertering weer afgebroken tot aminozuren. Aminozuren kun je steeds herkennen doordat de kop NH2 is, en het einde een COOH binding. (vb: glycine). De primaire structuur van aminozuren is eenvoudig, het is een lineaire opeenvolging va A.Z.
© Ewout Deschuytter
16
Biologie 2004-2005
NH2
COOH binding (rood: O /grijs: C /wit: H /blauw: N) b) Secondaire structuur Lineaire ketting rolt op/ plooit op Helixvorm (in de meeste gevallen) Aminozuren beginnen met NH2, en eindigen met COOH De oorzaak van de helixen moet gezocht worden bij de waterstofbruggen, niet bij de R-groepen, maar van de ruggengraat v/de kerngroepen. R |
C
|
O
C
N
||
||
C
|
C
O
H H-brug
H |
O
N
|| C
© Ewout Deschuytter
17
Biologie 2004-2005 Bij de meeste eiwitten komen helixen voor. De ketting kan ook oprollen of opplooien. * Alfa-helix: Een helix stabiliseerd zich door H-buggen. Bij een alfa-helix worden de R-groepen niet bijbetrokken bij de stabilisering van de helix. * Beta-voublad (bochten): is verantwoordelijk voor de stabiliteit van lange eiwitten, vb: spindraden, zijde,… Water verdampt en je krijgt pure zijde
Waarom is zijde niet goed brandbaar? Omdat het eiwit al geoxideerd is. -- N – C -- -- -- -| || H O
ß-vouwblad
H-bruggen
O H || |
-- C – N -- -- -- --
c) Tertiaire structuur
© Ewout Deschuytter
→ Insuline
18
Biologie 2004-2005 Hoe geraak je van een secondaire naar tertiaire structuur? 1) eiwit bijknippen: actief centrum komt bloot te liggen.
2) Zwavelbruggen worden tussen 2 cystine zijgroepen → zo aan elkaar verankerd
Vastleggen, zodat de ketting
verhindert wordt om uit elkaar te gaan.
CH2
CH2
|
|
SH
S |
SH
S
|
|
CH2
CH2
Covalente binding: zeer stevig!
Met speciale dank aan: David Devolder voor het opstellen van de cursus
EERWAARDE HEER EWOUT DESCHUYTTER voor de eindgeneriek Bert Seghers voor het optimaliseren www.klas5b.tk voor webruimte
© Ewout Deschuytter
19
