Thema 3: Stofwisseling tussen cellen en hun omgeving

Thema 3: Chemische samenstelling van organismen
1. Inleiding
 

Scheikundige samenstelling persoon 70kg Scheikundige samenstelling zaadplant
Water 65%
Suikers 0,3%
Lipiden 13%
Proteïnen 15%
mineralen 5% Water 72%
Suikers 18%
Lipiden 1%
Proteïnen 5%
Mineralen 3%

Verschillen en oorzaken:
Suikers
De plant heeft veel suikers omdat hij aan fotosynthese doet
CO2 + H2O → glucose
Een plant heeft een celwand die opgebouwd is uit cellulose
Men gebruikt suikers om energie in op te slagen
vetten
Energie opslagen
Warm te houden
Eiwitten
De enzymen die ons voedsel afbreken zijn eiwitten
 

2. Water in organismen

Belangrijke functies van water
1. Water is een belangrijk oplosmiddel
• = polair oplosmiddel waarin polaire moleculen oplossen
o zuren lossen op en vormen H+-ionen → zuurtegraad pH
2. Water als transportmiddel
• bloedvaten, limfenmaten gevuld met vloeistof om te transporteren
• aanvoer en afvoer
• ook planten hebben waterstelsel
3. Water komt tussen in chemische reactie
• hydrolyse
o van een groot molecule naar een klein molecule
o → verbruik van water
• condensatiereactie
o van een kleine molecule naar een grote molecule
o → afgifte van water
4. Water heeft een warmte regelende functie
• in vergelijk met andere stoffen hoe specifieke warmte capaciteit
o veel energie opnemen/ afgeven om een meetbaar verschil te krijgen
• hoge latente warmte
o heeft veel warmte nodig om te verdampen
5. Water heeft een functie als smeer of glijmiddel
3. Koolstofverbindingen in organismen
3.1 De droge massa van een organisme analyseren
• Droge stof in aanwezigheid van lucht gedurende enkele uren bij een temperatuur van 450°C in een moffeloven
→ Koolstofverbindingen gaan in vluchtige verdampingsproducten over
• De niet vluchtige verdampingsproducten blijven als as over, deze bestaan uit anorganische stoffen (zouten en dioxiden)
• Massa aan koolstofverbindingen = droge massa – massa as
→ gehalte aan koolstofverbindingen berekenen
3.2 De belangrijkste groepen C-verbindingen in een organisme
3.2.1  Sachariden (= suikers)
Sachariden
• monosachariden
• disachariden
• polysachariden
→ onderscheid berust op het resultaat dat na hydrolyse bekomen wordt

Disachariden → 2 monosachariden: door hydrolyse
Polysachariden → veel monosachariden: door hydrolyse
Monosachariden kunnen niet afgebroken worden door hydrolyse → worden enkelvoudige suikers genoemd

Monosachariden
= enkelvoudige verbindingen en worden daarom ook enkelvoudige suikers genoemd
( de belangrijkste: hexosen (6 koolstofatomen) en pentose ( 5 koolstofatomen))

Hexose:
Glucose
• = druivensuiker
• belangrijkste energiebron
• chemische energie opgeslagen in een glucosemolecule
• chemische energie via mitochondriën → ATP

Galactose
• ontstaat bij de vertering van melk en melkproducten
• energiebron

Pentose:
Fructose
• komt voor in vruchten en andere delen van planten
• energiebron

Verschil glucose en fructose?
Ze hebben allebei dezelfde brutoformule maar een verschillende structuurformule = isomeren
→ maakt dat ze verschillende eigenschappen hebben

Disachariden
 = ontstaat door condensatie van twee monosachariden waarbij een watermolecule wordt afgesplitst. Tussen beide monosacharidengedeelten wordt een glycosidebinding gevormd

Sacharose
• = een disacharide die bestaat uit glucose en fructose
• = kristalsuiker
• komt in hoge concentraties voor in planten bv. suikerriet en suikerbiet

Lactose
• = een disacharide die bestaat uit galactose en glucose
• = melksuiker
• komt veel voor in melk

Maltose
• = een disacharide die bestaat uit 2 glucose moleculen
• = moutsuiker
• maltose ontstaat uit zetmeel in kiemende zaden
• gekiemd gerst bevat maltose en wordt door vergisting omgezet in alcohol en dient voor de bereiding van bier

=> Sacharose, lactose en maltose hebben allemaal dezelfde brutoformule maar een verschillenden structuurformule = isomeren

Polysachariden
= bestaan uit veel aan elkaar geschakelde monosachariden (meer dan 8), waardoor een lange keten gaat ontstaan

Zetmeel
• = mengsel dat bestaat uit 20% amylose en 80% amylopectine
• amylose =  een onvertakt spiraalvormige keten van glucose
• amylopectine = een vertakte keten van glucosemoleculen
• zetmeel is een reservesuiker in plantencellen en komt voor in de vorm van zetmeelkorrels
• belangrijke energiebron in onze voeding

Glycogeen
• = vertakte keten van glucosemoleculen
• glycogeen is de belangrijkste reservesuiker bij de dierlijke cellen → opgeslagen in lever en spieren

Chitine
• komt voor in de celwand van paddenstoelen
• exoskelet opgebouwd uit chitine

Cellulose
• = opgebouwd uit parallel onvertakte ketens van glucose moleculen
• structurele polysachariden die …
• onverteerbare cellen
 

3.2.2 Eiwitten of proteïnen
Belangrijke functies in ons lichaam
• transporteiwitten ter hoogte van het celmembraan
• receptoreiwitten ter hoogte van het celmembraan
• binden van gassen
o bv. hemoglobine CO2 en O2, myoglobine in spiercellen O2
• intracellulair transport: microtubuli (eiwit tubuline)
• hormonen (bv. insuline)
o cellen glucose laten opnemen, waarmee energie (ATP) door mitochondriën worden aangemaakt
• bescherming (antistoffen of immunoglobinen)
• enzymen
• structuurelement (keratine, collageen)

Aminozuren
• = de bouwstenen van een eiwit
• in de eiwitten van levende wezens komen er een 20 tal verschillende aminozuren voor
• alle aminozuren hebben dezelfde basisstructuur
o een aminozuur bestaat uit een centraal koolstofatoom waarop een aminogroep (NH2), een carboxylgroep (COOH) een waterstofatoom en een restgroep ® gebonden zijn
o bij de mens komen er 20 verschillende restgroepen voor. Ze verschillen van elkaar door één groep die op het centraal geplaatste koolstofatoom vastzit
• bv. glycine, alamine, valine, leucine, glutaminezuur

Polypeptiden
• wanneer je 2 aminozuren met elkaar laat verbinden krijg je een dipeptide
• 3 → tripeptide
• kleiner dan 10 → oligopeptide
• groter dan 10 → polypeptide
• groter dan 100 → proteïne

Proteïnen
Wanneer je meer dan 100 aminozuren aan elkaar gaat schakelen krijgen we een proteïne. Tussen de verschillende delen van de polypeptide keten ontstaan er interacties → ruimtelijke vorm, opvouwen, eiwit oprollen → proteïne of eiwit
De opvouwing is essentieel voor de werking van het eiwit, verliest het deze dan kan hij zijn functie niet meer uitvoeren.

De verschillende vormen van een eiwitmolecule:
Primaire structuur:
Alle aminozuren achter elkaar schakelen, lineair
De primaire structuur wordt bepaald door het aantal aminozuren, welke soort aminozuren en de volgorde waarin je ze plaatst

Secundaire structuur:
de secundaire structuur ontstaat wanneer de restgroep van de aminozuren waterstofbruggen gaan vormen tussen de waterstof en het zuurstof, ze geven een ruimtelijke structuur aan je eiwit → α-helix of β-plaat

Tertiaire structuur:
Het eiwit gaat zich verder oprollen en er ontstaan interacties tussen de verschillende delen van de polypeptiden. Nu ontstaan er zwavelbruggen of disulfidenbruggen tussen de zwavelatomen. De polaire restgroepen gaan zich aan de buitenkant van de molecule plaatsen en de apolaire aan de binnenkant.

Quaternaire structuur:
Verschillende polypeptiden met een ternaire structuur vormen een geheel en worden met elkaar verbonden via intermoleculaire krachten.
Er is altijd een eiwit gedeelte en een niet-eiwit gedeelte = prosthetische groepen.
bv. hemoglobine: 4 polypeptide keten, globinedeel gerangschikt rond basen = heemgroepen
kan zijn 3D structuur verliezen door een te hoge temperatuur en een lage pH → zorgen dat zwavelbruggen breken → primaire structuur → eiwit verliest eigenschap en functie = denaturatie

3.2.3 Nucleïne zuren
DNA (desoxyribonucleïnezuur)
= polynucleotiden → opgebouwd uit verschillende nucleotide
Polynucleotide
• desoxyribose
• fosfaatgroep
• organische stikstofbase
o adenine
o thymine
o guanine
o cytosine

DNA de vorm is alfahelix
→ genetisch materiaal

RNA (ribonucleïnezuur)
= nucleotide
• ribose
• fosfaatgroep
• organische stikstofbase
o adenine
o uracil
o guanine
o cytosine

RNA heeft 1 draad

3.2.4 Vetten of lipiden
De groep van de lipiden omvat de vetten en de oliën
• Vetten zijn vast bij kamertemperatuur en zijn dikwijls van dierlijke oorsprong.
• Oliën zijn vloeibaar bij kamertemperatuur en zijn dikwijls van plantaardige oorsprong.
• De lipiden vormen een diverse groep van moleculen met als belangrijkste de triglyceriden, de fosfolipiden en de steroïden

Triglyceriden:
Deze bestaan uit een glycerolmoleculen en 3 vetzuren

We maken een onderscheid tussen verzadigde en onverzadigde vetzuren
Verzadigde vetzuren:
• = er komt geen enkele dubbelvoudige binding voor tussen de koolstofatomen
• van dierlijke oorsprong
• bij kamertemperatuur zijn ze meestal vast

Onverzadigde vetzuren
• = bevatten 1 of meer dubbele bindingen tussen koolstofatomen
• plantaardige oorsprong
• bij kamertemperatuur zijn ze meestal vloeiend = olie
• 1 enkelvoudige onverzadigde vetzuren = 1 dubbele binding
• 2 meervoudige onverzadigde vetzuren = meer dubbele bindingen

De biologische functie of belang van triglyceriden
• Isolator
o vetten en oliën hebben een kleine warmte geleidingscoëfficiënt = ze geleiden de warmte slecht → perfecte thermische isolatoren
• Opslag van chemische energie
o = worden gebruikt om bij dieren en planten energie op te slaan
• Bescherming
o = rond alle organen zitten vetten → bescherming
• Waterafstoting
o = vogels produceren een mengsel van olie en wassen waarmee ze hun veren insmeren → water afstoten
o (bij mensen talgklieren op huid en haar)

Fosfolipiden
= opgebouwd uit centrale glycerolmoleculen waarmee twee vetzuren en een fosforgroep zijn verbonden. Aan die fosfaatgroep kunnen verschillende soorten kleine moleculen gebonden zijn, zoals serine of choline

De biologische functie of belang van fosfolipiden
• maken deel uit van het celmembraan

Steroïden
= lipideachtige moleculen opgebouwd uit vier koolstofringstructuren vb. cholesterol en de geslachtshormonen progesteron, oestrogeen en testosteron

De biologische functie of belang van steroïden:
Cholesterol:
• cholesterol heeft een belangrijke functie van het dierlijk celmembraan, het zorgt namelijk voor de soepelheid
• in ons lichaam worden tal van andere steroïden aangemaakt, vertrekkende van cholesterol bv. vitamine D is een steroïde dat onder invloed van zonlicht ter hoogte van de huidcellen wordt aangemaakt
• Cholesterol wordt ter hoogte van de nieren en de lever omgezet n het actieve bestanddeel vitamine D. Vitamine D is belangrijk voor de kalkhuishouding, een tekort aan vitamine D leidt tot rachitis = misvorming van de botten
• Als je later een tekort aan vitamine D hebt worden je botten brozer en word je moe

Geslachtshormonen:
• belangrijk voor de ontwikkeling van de secundaire geslachtskenmerken