CHEMISCHE STOFFEN IN ORGANISMEN
advertisement
van leven DEEL 1 De cel: basiseenheid Thema 2 CHEMISCHE STOFFEN IN ORGANISMEN 1 Chemische samenstelling van organismen Organismen bestaan uit anorganische en organische stoffen Vergelijking mens en plant Planten bevatten meer sachariden (reservestof) dan dieren. Dieren bevatten meer proteïnen (o.a. spierweefsel) dan planten. 96% van de massa is O, C, H en N. Water (H2O), lipiden (C, H, O) en eiwitten (C, H, O en N) De andere elementen komen voornamelijk voor in minerale verbindingen of als ionen (Ca, P, K, S, Na, Cl, Mg, I en Fe) Er komen ook sporenelementen voor (bv. koper, zink) 2 Anorganische verbindingen in organismen 2.1 Water in organismen 2.2 Minerale verbindingen in organismen 2.3 Gassen in organismen 2.1 Water in organismen 2.1.1 Watergehalte van organismen Watergehalte bepalen massaverschil tussen verse massa en droge massa (hoogoven 105 °C) Intracellulair water Intercellulair water 2.1.2 Functies van water in organismen Water is een belangrijk oplosmiddel. • polair oplosmiddel waarin polaire moleculen goed oplossen • zuren lossen op en vormen H+-ionen zuurtegraad (pH) Water komt tussen in chemische reacties. • hydrolyse C12H22O11 + H2O C6H12O6 + C6H12O6 maltose water • condensatiereactie C6H12O6 + C6H12O6 glucose glucose glucose C12H22O11 maltose Water is een belangrijk transportmiddel. glucose + H2O water Dwarsdoorsnede vaatbundel met hout- en zeefvaten Water heeft een warmteregelende functie. • hoge specifieke warmte capaciteit (4184 J/kg K) koelt traag af en warmt traag op • hoge latente warmte (2340 kJ/kg) heeft veel warmte nodig om te verdampen Zweetproductie heeft een warmteregelende functie Water heeft een functie als smeer- of glijmiddel. Gewrichtssmeer in een gewricht Organismen maken gebruik van de hoge oppervlaktespanning van water. Schaatsenrijder lopend op wateroppervlak Sequoia sempervirens 2.2 Minerale verbindingen in organismen minerale voorkomen en functie ionen Na+ K+ Voorkomen: in extracellulaire vloeistof Functies: • geleiding van impulsen • speelt belangrijke rol bij waterhuishouding Voorkomen: in intracellulaire vloeistof Functies: • geleiding van impulsen • speelt belangrijke rol bij waterhuishouding minerale voorkomen en functie ionen Ca2+ Voorkomen: opgeslagen in beenweefsel en tanden (calciumfosfaat en calciumhydroxyapatiet) Functies: • speelt rol bij spiercontracties • speelt rol bij bloedstolling • neurotransmissie aan de synapsen Mg2+ Voorkomen: in intracellulaire vloeistof Functies: • onontbeerlijk voor functioneren spieren en zenuwcellen • centrale ion bij chlorofylmoleculen Macroscopische structuur beenweefsel minerale voorkomen en functie ionen Fe2+ Voorkomen: in hemoglobine Functies: • hemoglobine: zuurstofbinding en -transport • nodig voor enzym aanmaak chlorofyl PO43- Voorkomen: • in beenweefsel en tanden • in belangrijke moleculen zoals ATP, DNA en RNA Cl- Voorkomen: in maag Functies: • afkomstig van sterk zuur (HCl) dat zorgt voor de lage pH in de maag 2.3 Gassen in organismen 2.3.1 Zuurstofgas (O2) Geproduceerd tijdens fotosyntheseproces: 6 CO2 + 6 H2O C6H12O6 + 6 O2 Zuurstofgasmoleculen zijn apolair. slecht oplosbaar in water kunnen doorheen membranen Transport van zuurstof in het bloed: • 2% opgelost in het bloedplasma • 98% wordt gebonden aan hemoglobuline in rode bloedcellen (oxigenatie) oxigenatie in de longcapillairen Hb + 4 O2 Hb(O2)4 deoxigenatie in alle weefselcapillairen Hb(O2 )4 Hb + 4 O2 Myoglobine in spiercellen neemt zuurstof over van hemoglobine. Overzicht O2-transport in het bloed 2.3.2 Koolstofdioxide (CO2) Geproduceerd tijdens celademhaling: C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O CO2 verlaat de cel • 7% lost op in bloedplasma • 70% reageert met water CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3- • 23% getransporteerd met hemoglobine Hb + CO2 HbCO2 carbaminohemoglodine Planten gebruiken opnieuw CO2 bij de fotosynthese: 6 CO2 + 6 H2O C6H12O6 + 6 O2 Koolstofmonoxide (CO) CO wordt gevormd bij: • vulkaanuitbarstingen, bosbranden • verbranding fossiele brandstoffen: industriële activiteiten, autoverkeer, … • binnenhuis: tabaksrook en slecht afgestelde verwarmingstoestellen CO bindt onomkeerbaar met hemoglobine, zodat hemoglobine geen zuurstof meer kan transporteren: stikkingsgevaar 3 Koolstofverbindingen in organismen 3.1 De droge massa van een organisme analyseren 3.2 De belangrijkste groepen van C-verbindingen 3.1 De droge massa van een organisme analyseren koolstofverbindingen bepalen massaverschil tussen droge massa en as (moffeloven 450 °C) As bevat anorganische stoffen zoals Ca2+ -ionen moffeloven 3.2 De belangrijkste groepen van C-verbindingen 3.2.1 Sachariden (koolhydraten, suikers) MONOSACHARIDEN voorbeelden structuurformule en schematische voorstelling biologische functie of belang Glucose • Bouwsteen van sommige polysachariden (bv. zetmeel) (C6H12O6) • belangrijkste energiebron MONOSACHARIDEN voorbeelden structuurformule en schematische voorstelling biologische functie of belang Fructose • komt voor in vruchten en andere delen van planten (C6H12O6) • energiebron Galactose (C6H12O6) • ontstaat bij vertering melk en melkproducten • energiebron DISACHARIDEN voorbeelden schematische voorstelling biologische functie of belang Sacharose = sucrose = kristalsuiker (C12H22O11) • komt in hoge concentratie voor in diverse planten (suikerriet, suikerbiet, esdoorn, …) • energiebron (snoep, frisdrank en alle gewone suiker). Lactose • komt voor in melk = melksuiker (C12H22O11) • energiebron DISACHARIDEN voorbeelden schematische voorstelling biologische functie of belang Maltose • ontstaat uit zetmeel in kiemende zaden. = biersuiker (C12H22O11) • bierbereiding: maltose wordt door vergisting omgezet naar alcohol sacharose lactose maltose POLYSACHARIDEN voorbeelden Zetmeel biologische functie of belang = 20% amylose en 80% amylopectine • reservesuiker bij planten, komt voor in de vorm van zetmeelkorrels • belangrijkste energiebron in onze voeding (aardappelen, graanproducten (brood, pasta, ..), rijst enz.) Glycogeen • reservesuiker bij dieren, opgeslagen in lever en spieren Cellulose • structurele polysachariden die voorkomen in de celwand van planten en ééncellige eukaryoten • zeer sterke vezels, niet verteerbaar door dieren (wel door bacteriën bij bv. koe, bij de mens belangrijke voedingsvezels) Chitine • structurele polysachariden die voorkomt in het exoskelet van geleedpotigen en celwand van fungi amylose amylopectine zetmeelkorrels glycogeenkorrels in levercel glycogeen Cellulose Exoskelet bevat chitine Celwand paddenstoel bevat chitine 3.2.2 Lipiden FOSFOLIPIDEN Structuurformule opgebouwd uit: glycerolmolecuul twee vetzuren fosfaatgroep eventueel gebonden aan klein molecuul zoals choline FOSFOLIPIDEN structuurformule biologische functie of belang structurele lipiden belangrijk onderdeel van de biomembranen STEROÏDEN Structuurformule opgebouwd uit vier koolstofringstructuren STEROÏDEN biologische functie of belang Cholesterol is een belangrijk onderdeel van dierlijke membranen. Vanuit cholesterol worden er andere steroïden aangemaakt: • vitamine D • galzouten • geslachtshormonen • Bijnierschorshormonen rachitis osteomalacie TRIGLYCERIDEN Structuurformule en schematische voorstelling opgebouwd uit: glycerolmolecuul drie vetzuren TRIGLYCERIDEN Structuurformule en schematische voorstelling Verzadigde vetzuren bevatten enkel enkelvoudige C-C-bindingen. Onverzadigde vetzuren bevatten één of meer dubbele bindingen tussen de C-atomen. TRIGLYCERIDEN biologische functie of belang Opslag van chemische energie Isolatie Bescherming Waterafstoting Onderhuids vet Waterafstotende veren 3.2.3 Proteïnen (eiwitten) Proteïnen zijn macromoleculen ontstaan door de aaneenschakeling van aminozuren AMINOZUREN R-groep verschillend van aminozuur tot aminozuur 20 verschillende aminozuren 20 verschillende aminozuren 20 verschillende aminozuren POLYPEPTIDEN polypeptiden ontstaan door een condensatiereactie: amine-groep reageert met caboxylgroep met afsplitsing van water de binding – CO-NH – = peptidebinding twee aminozuren = dipeptide drie aminozuren = tripeptide tientallen tot duizenden aminozuren = polypeptide schematische voorstelling: condensatiereactie PROTEÏNEN structuur wisselwerking tussen de verschillende delen of ketens hierdoor krijgt een eiwit een driedimensionale structuur primaire structuur = volgorde van de aminozuren secundaire structuur = opvouwing ontstaan door Hbruggen tussen de NH-groep en de CO-groep • α-helix • β-plaat Secundaire structuur: α-helix Secundaire structuur: β-plaat PROTEÏNEN structuur tertiaire structuur = interactie tussen verschillende delen van de polypeptiden • waterstofbruggen • disulfidebruggen of zwavelbruggen quaternaire structuur = geheel van meerdere polypeptidketens en één of meer prosthetische groepen • prosthetische groep = niet-eiwitbestanddeel • bv. hemoglobine met heemgroep aminozuursequentie van insuline met S-bruggen ruimtelijke structuur insuline 3D-structuur van hemoglobine heemgroep van hemoglobine PROTEÏNEN biologische functie of belang binding en transport van gassen • hemoglobine in rode bloedcellen: transport O2, CO2 • myoglobine in spiercellen: tijdelijk opslag O2 intracellulair transport • microtubuli (eiwit tubuline) hormonen • insuline Potvis: hoge concentratie myoglobine in spiercellen PROTEÏNEN biologische functie of belang spiercontractie actine en myosine bescherming • antistoffen of immunoglobulinen • fibrinogeen toxine • neurotoxines zoals cobratoxine en botuline PROTEÏNEN biologische functie of belang enzymen structuurelementen • keratine: opperhuid en nagels • collageen: bindweefsel voeding en opslag • lactalbumine: eiwit in moedermelk • ovalbumine: in eieren collageenvezel 3.2.3 Nucleïnezuren DNA (desoxyribonucleïnezuur) nucleotiden Nucleotide opgebouwd uit: • desoxyribose • fosforzuurmolecule • organische stikstofbase 4 soorten basen die 2 aan 2 complementair zijn: • adenine A en thymine T • guanine G en cytosine C DNA (desoxyribonucleïnezuur) biologische functie of belang genetisch materiaal van de organismen bevat de instructies om aminozuren in een bepaalde volgorde aan elkaar te zetten bij de celdeling wordt DNA verdubbeld en verdeeld over de twee dochtercellen RNA (ribonucleïnezuur) nucleotiden Nucleotide opgebouwd uit: • ribose • fosforzuurmolecule • organische stikstofbase 4 soorten basen die 2 aan 2 complementair zijn: • adenine A en uracil U • guanine G en cytosine C RNA (ribonucleïnezuur) biologische functie of belang verschillende soorten RNA-moleculen rRNA (ribosonaal RNA): structurele functie m-RNA (messenger-RNA): overbrengen informatie DNA naar ribosomen bij eiwitsynthese t-RNA (transfer RNA): aanbrengen van aminozuren naar ribosomen bij eiwitsynthese van leven DEEL 1 De cel: basiseenheid Einde Thema 2 CHEMISCHE STOFFEN IN ORGANISMEN
