Chemie van de cel - Biologie - Theorie - Toelatingsexamens arts en tandarts

Chemie van de cel

Chemie van de cel

Voorwoord

Deze theoriehoofdstukken werden in eerste instantie samengesteld om in de theorie te voorzien die vereist is voor het afleggen van de toelatingsexamens arts en tandarts, maar heeft mettertijd een bredere bestemming gekregen, waardoor meer theorie voorzien is dan gekend moet zijn voor het toelatingsexamen. Toch is de theorie relatief beknopt gehouden: ze is vooral bedoeld voor wie het allemaal al eens gezien heeft en wil herhalen en daardoor zijn basis verstevigen. Ik denk dat ze daardoor nuttig kan zijn bij de voorbereiding van die toelatingsexamens, voor olympiades of voor een herhaling van leerstof voor het aanvangen van hogere studies. Maar als je besluit dit document te gebruiken voor welke test dan ook, check dan zelf welke leerstof gekend moet zijn op de officiële sites.
De auteur van dit document kan in geen enkel geval aansprakelijk gesteld worden voor eventuele gevolgen van of schade die kan ontstaan uit het gebruik van dit document.

Inleiding

In onze cellen vinden we allerlei chemische verbindingen. Voor het grootste deel bestaat een cel uit water.
De 12 meest voorkomende elementen in levende wezens zijn: C ,H, O, N, S, P, Mg, K, Na, Ca, Fe en Cl. Zoek een geheugensteuntje om dit te onthouden bvb.:
Mg (Monseigneur) P SCHONK CaFe Na Cl
Sommige elementen komen slechts in zeer geringe hoeveelheden voor: dit zijn de zogenaamde spoor­elementen.
Voorbeelden van spoorlementen zijn I (jodium), Zn (zink),…

Organische stoffen

Organische stoffen zijn op koolstof gebaseerde verbindingen. Men noemt ze daarom ook koolstofverbindingen.
Deze stoffen bestaan uit lange ketens, die vaak vertakt zijn. In deze stoffen komen ook nog andere elementen voor zoals O, H, S, P, N,…
De koolstofverbindingen worden in verschillende groepen ingedeeld, we bespreken hier kort:
Eiwitten
Sachariden
Vetten

Eiwitten

Functie in levende wezens: bouwstoffen, steun, enzymen, hormonen.
Zijn lange ketens van aminozuren.
Bouw van een aminozuur:

Aminozuren

In menselijke eiwitten vinden we 20 verschillende aminozuren.
Essentiële aminozuren zijn aminozuren die we niet zelf kunnen maken, we nemen ze op uit de voeding. Niet-essentiële aminozuren zijn aminozuren die we zelf kunnen maken (in de lever).
Aminozuren worden aaneengeschakeld tot peptiden d.m.v. een peptidebinding (afsplitsing van H2O tussen COOH en NH2).
Vorming van een dipeptide

Polypeptiden

Eiwitten zijn lange ketens van aminozuren, het zijn “polypeptiden”.
Voorbeeld van een eiwit is hemoglobine, de rode bloedkleurstof.

Structuur van eiwitten

De primaire structuur is de opeenvolging van de aminozuren, bvb. Met-Ala-Ser-…………
Door waterstofbruginteracties tussen de H van de NH-groep en de O van de CO-groep ontstaan weerkerende vormen in het eiwit die we secundaire structuren noemen.
Alfa-helix
Beta-vouwbladstructuur

Structuur van eiwitten

De tertiaire structuur is de algemene ruimtelijke structuur van het eiwit. De meeste van de bindingen zijn zwak, behalve de S-bruggen, waardoor de tertiaire structuur vrij labiel is.
Zwavelbruggen worden door twee cysteïnes gevormd:
De tertiaire structuur is gemakkelijk beïnvloedbaar door de pH (zuurtegraad), de zoutconcentratie of de temperatuur.

Structuur van eiwitten

Soms komen tertiaire structuren verschillende keren voor in een eiwit als eenheden. Zo bestaat hemoglobine uit 4 hemoglobine-eenheden (quaternaire structuur).

Suikers (sachariden)

Sachariden worden in levende wezens vooral als brandstof gebruikt. Ze komen ook voor in DNA en RNA.
Monosachariden zijn enkelvoudige suikers.
De algemene formule van een monosacharide is als volgt:
Omdat dit ook als Cn(H2O)n kan geschreven worden, noemt men suikers ook koolhydraten.
Monosachariden komen voor in de meeste voedingsmiddelen, in fruit in de vorm van glucose en fructose.
CnH2nOn (vb. glucose C6H12O6)

Voorbeelden

Voorbeelden van monosachariden:
Deze twee monosachariden hebben dezelfde brutoformule (C6H12O6 ), maar een andere ketenstructuur (isomeren).
Glucose en fructose noemen we hexosen (zes C atomen). Ribose heeft maar 5 C-atomen (een pentose).
glucose
fructose

Disachariden

Door waterafsplitsing tussen twee monosachariden ontstaan disachariden. De binding noemen we de glycosidebinding.
Voorbeelden van disachariden:
Maltose of moutsuiker = glucose + glucose (gebruikt bij bereiding bier)
Sacharose of riet- of bietsuiker = glucose + fructose (suikerklontjes,...)
Lactose of melksuiker = glucose + galactose (dierlijke melk (moedermelk))
Maltose

Polysachariden

Polysachariden zijn opgebouwd uit meerdere monosachariden. Glucose (C6H12O6), een monosacharide, is één van de voornaamste bouwstenen.
Voorname polysachariden zijn: zetmeel, cellulose, glycogeen.
Polysachariden zijn onoplosbaar in water en zijn daarom de opslagvorm voor suikers.

Voorbeelden

Zetmeel komt vaak voor als kleine korrels in het reserveweefsel van planten. Het wordt gewonnen uit onder meer aardappelen en is een belangrijk bestanddeel van brood, deegwaren,…
Amylase is een enzym, onder meer in speeksel: het breekt zetmeel af tot glucose.
Cellulose komt vooral voor in celwanden, als steunmateriaal in hout en plantenvezels.
Glycogeen wordt gebruikt als reservestof in lever en spierweefsel.
glycogeen

Vetten (lipiden)

Functie van vetten: reservestof (opgeslagen in vetweefsel), isolatiemateriaal (vetlaag).
Het zijn verbindingen van glycerol met drie vetzuren, men noemt ze daarom ook triglyceriden.

Verzadigde en onverzadigde vetzuren

Onverzadigde vetzuren bevatten dubbele bindingen. Bepaalde dubbele bindingen geven een ‘knik’ in het vetzuur.

Vertering van vetten

In ons spijsverteringsstelsel worden vetten afgebroken tot glycerol en vetzuren.
De vetzuren kunnen doorheen de darmwand. Ze komen in de lymfevaten terecht en worden weer tot vetten omgevormd.
De oplosbaarheid van vetten in water is slecht (vormt druppeltjes).

Fosfolipiden

Fosfolipiden ontstaan uit vetten door bij synthese één vetzuur te vervangen door fosforzuur. Ze hebben daardoor een hydrofiele kop (de fosfaatgroep is polair) en een hydrofobe staart (de vetzuren zijn apolair). Hun structuur maakt hen bij uitstek geschikt voor de vorming van celmembranen.

Fosfolipiden in de celmembraan

Een celmembraan moet “vloeibaar” blijven om een goede werking te waarborgen. Het effect van een teveel aan verzadigde vetzuren is dat de membraan star wordt en minder goed gaat werken (transport stoffen vermindert).

ATP: de universele energiedrager

ATP = adenosinetrifosfaat. Het is de energieleverancier voor alle levensnoodzakelijke chemische processen.
Het bevat drie fosfaatgroepen, afsplitsen van een fosfaatgroep tot adenosinedifosfaat (ADP) levert ongeveer 30 kJ op. Deze energie kan dan gebruikt worden voor een chemisch proces.
Omgekeerd wordt bij energie die vrijkomt uit een chemische reactie ADP in ATP omgezet.
ADP + P + 30 kJ
Defosforylatie
Fosforylatie