CHEMISCHE STOFFEN IN ORGANISMEN Thema 2 CHEMISCHE STOFFEN IN ORGANISMEN DEEL 1 De cel: basiseenheid van leven

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 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 glucose glucose condensatiereactie C6H12O6 + C6H12O6 C12H22O11 + H2O glucose glucose maltose water Water is een belangrijk transportmiddel.

Dwarsdoorsnede vaatbundel met hout- en zeefvaten

Zweetproductie heeft een warmteregelende functie 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

Gewrichtssmeer in een gewricht Water heeft een functie als smeer- of glijmiddel. Gewrichtssmeer in een gewricht

Schaatsenrijder lopend op wateroppervlak Organismen maken gebruik van de hoge oppervlaktespanning van water. Schaatsenrijder lopend op wateroppervlak Sequoia sempervirens

2.2 Minerale verbindingen in organismen minerale ionen voorkomen en functie Na+ Voorkomen: in extracellulaire vloeistof Functies: geleiding van impulsen speelt belangrijke rol bij waterhuishouding K+ Voorkomen: in intracellulaire vloeistof

minerale ionen voorkomen en functie 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 onontbeerlijk voor functioneren spieren en zenuwcellen centrale ion bij chlorofylmoleculen

Macroscopische structuur beenweefsel

minerale ionen voorkomen en functie 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 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) CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3- Hb + CO2 HbCO2 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

Koolstofmonoxide (CO) 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 (C6H12O6) Bouwsteen van sommige poly-sachariden (bv. zetmeel) belangrijkste energiebron

MONOSACHARIDEN Fructose Galactose voorbeelden structuurformule en schematische voorstelling biologische functie of belang Fructose (C6H12O6) komt voor in vruchten en andere delen van planten energiebron Galactose ontstaat bij vertering melk en melkproducten

DISACHARIDEN Sacharose Lactose voorbeelden schematische voorstelling biologische functie of belang Sacharose = sucrose = kristal- suiker (C12H22O11) komt in hoge concentratie voor in diverse planten (suikerriet, suikerbiet, esdoorn, …) energiebron (snoep, frisdrank en alle gewone suiker). Lactose = melksuiker komt voor in melk energiebron

DISACHARIDEN Maltose voorbeelden schematische voorstelling biologische functie of belang Maltose = biersuiker (C12H22O11) ontstaat uit zetmeel in kiemende zaden. bierbereiding: maltose wordt door vergisting omgezet naar alcohol

sacharose

lactose

maltose

POLYSACHARIDEN voorbeelden biologische functie of belang Zetmeel = 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

biologische functie of belang FOSFOLIPIDEN structuurformule biologische functie of belang structurele lipiden belangrijk onderdeel van de biomembranen

STEROÏDEN Structuurformule opgebouwd uit vier koolstofringstructuren

biologische functie of belang STEROÏDEN biologische functie of belang Cholesterol is een belangrijk onderdeel van dierlijke membranen. Vanuit cholesterol worden er andere steroïden aangemaakt: vitamine D galzouten geslachtshormonen Bijnierschors- hormonen rachitis osteomalacie

Structuurformule en schematische voorstelling TRIGLYCERIDEN Structuurformule en schematische voorstelling opgebouwd uit: glycerolmolecuul drie vetzuren

Structuurformule en schematische voorstelling 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.

biologische functie of belang Waterafstotende veren 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

amine-groep reageert met caboxylgroep met afsplitsing van water 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

hierdoor krijgt een eiwit een driedimensionale structuur 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 H- bruggen tussen de NH-groep en de CO-groep α-helix β-plaat

Secundaire structuur: α-helix Secundaire structuur: β-plaat

tertiaire structuur = interactie tussen verschillende 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

biologische functie of belang 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

biologische functie of belang PROTEÏNEN biologische functie of belang spiercontractie bescherming antistoffen of immunoglobulinen fibrinogeen toxine neurotoxines zoals cobratoxine en botuline actine en myosine

biologische functie of belang PROTEÏNEN biologische functie of belang enzymen structuurelementen keratine: opperhuid en nagels collageen: bindweefsel voeding en opslag lactalbumine: eiwit in moedermelk ovalbumine: in eieren collageenvezel

DNA (desoxyribonucleïnezuur) 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

CHEMISCHE STOFFEN IN ORGANISMEN Einde Thema 2 CHEMISCHE STOFFEN IN ORGANISMEN DEEL 1 De cel: basiseenheid van leven