Menselijke biologie en ziekteleer
Les 1 HF2: chemie van het leven
Atomen
- Kern van atoom in centrum en elektronen er rond
▪ Elektronenwolk belangrijk om atomen te laten verbinden (wolk delen)
▪ Atomen verbonden -> molecule
▪ Kern: protonen (geladen, in evenwicht met e-) + neutronen (variëren)
- Kleinste eigenschappen van bepaalde stof
- Fysieke en chemische dingen
Isotopen
= atomen die hetzelfde atoomnummer hebben, maar een verschillende atoommassa hebben
- Zelfde element met verschillend aantal neutronen in kern
▪ Atoomnummer: aantal p+
- Radio-isotopen: instabiele isotopen ve bepaald element die kunnen desintegreren en daarbij straling vrijgeven
▪ Wnnr bep atoom teveel bep partikels bevat en uit elkaar valt, komt straling vrij
▪ Toepassingen
. Scanners (X of röntgen, CT-scan, PET-scan met glucose), radioactieve contraststoffen
. Kankercellen doden
. Datering oude objecten
▪ MAAR oorsprong radioactiviteit -> mutaties, kankercellen
Verbindingen
- Ionaire verbindingen
▪ Atomen nemen of geven elektronen
▪ NaCl
- Covalente verbindingen
▪ Atomen delen elektronen
▪ Sterkste bindingen
▪ H2O & O2
- Waterstof bruggen
▪ Zwakke verbindingen (covalent)
▪ Verantwoordelijk voor vloeibare structuur
▪ Verschillende aantrekking
. O meer aantrek tot elektron dan H
. Ontstaan 2 polen: bipolair
e- meer rond O -> negatieve pool van watermolecule
H -> positieve pool watermolecule
Worden onderling in watermoleculen aangetrokken
Beïnvloeden elkaar thv wateroppervlakte
▪ 70% lichaam is water
. Alles is ontstaan vanuit water/ waterig milieu
Water en leven
Karakteristieken van water
- Vloeibaar bij kamertemperatuur
▪ Zonder waterstofbruggen -> vriezen op -100 en koken op -91 -> water op aarde -> stoom
- Vaak als oplosmiddel voor polaire moleculen (elektrisch geladen, bv: zouten)
▪ Door chemische eig van water: kan rond andere deeltjes gaan zitten en die doen dissociëren
▪ Hydrofiel: lost goed op in water
▪ Hydrofoob: lost slecht op in water, zijn vaak apolair
- Thermische stabiliteit: veranderd niet snel van temperatuur
▪ Kan warmte opslaan -> isolatie
▪ Calorie: hvlh warmte nodig om 1g water met 1° te verhogen
. Andere stoffen: veel sneller + 1°
1
, . Water: veel energie opnemen zonder te veranderen van temp
. 1g koudste water -> ijs = 80 calorieën
- Hoge temperatuur voor verdamping
▪ Energie voor nodig: te warm -> zweten
▪ 1g warmste water -> damp = 540 calorieën
▪ Eerst alle bonden breken voor koken
▪ Bv: zeewater constant
- Bevroren water (ijs) is minder dens dan gewoon water
▪ Meest dens bij 4°
▪ Zorgt ervoor dat ijs kan drijven op water
. Isolatie voor water er onder -> dieren overleven in water
▪ Door polariteit geraken ze in kristalstructuur bij bevriezen -> neemt meer plaats in
▪ Normaal omgekeerd: cellen bevriezen -> in volume toenemen -> cel kan barsten -> levensbedreigend
- Watermoleculen doen aan cohesie en adhesie
▪ Cohesie: watermoleculen die samen hangen -> maakt ze vloeibaar
▪ Adhesie: watermoleculen aan oppervlakte hangen
Zuren en basen
- Ionen oplossen in water door watermantel
▪ Waterstofmoleculen kunnen ook oplossen en dissociëren en zo waterstofionen en hydroxide-ionen
▪ Hoeveelheid waterstof ionen -> base of zuur
. Belangrijk voor chemische omgeving/processen, in lichaam kan andere zuurtegraad (+/- 7.4)
. Zuurheid kan slecht zijn, moet binnen bepaalde grens -> kan dodelijk zijn
- Zuren: hoge concentratie van waterstofionen (H+) opgelost, stof die dissocieert en H+ ionen vrijgeeft
- Basen: stoffen die H+ opnemen of OH- afgeven
- pH: concentratie waterstofionen uitdrukken
▪ Molair of Mol/Liter
▪ 10^-7 -> pH=7 (negatieve logaritme)
▪ 7.4= neutraal, typische concentratie
▪ Iedere stap = 10x zoveel als vorige
▪ Bv: Zoutzuur: hoge concentratie aan H+ -> heel zuur -> lage pH (ook maagsap, cola)
- Buffers
▪ Helpen om pH cte te houden
▪ Nemen overtollige H+ of OH- op
▪ Zure regen (2.6) door fossiele brandstoffen -> SO2 en NO2 samen met water -> zuur
Molecules of life (macromoleculen)
- Macromoleculen: grote bouwstenen lichaam
Maken en afbreken van organische moleculen
- Opbouwen macromoleculen: dehydratie
▪ Enzymen: katalysatoren van reacties
▪ Kleinere aan elkaar bouwen, lange ketens
▪ Dehydratie: H en OH afgesplitst -> 2 eenheden gebonden
- Afbreken: hydrolyse
▪ Watermolecule toevoegen (H en OH) -> enzymatische/biologische reacties -> splitsen
- Functioneel en structureel
Samenvatting van organische moleculen
- Moet H en C hebben, Vaak ook mengvormen
- Koolhydraten
- Lipiden (vetten)
- Proteïnes (eiwitten)
- Nucleïnezuren
2
,Koolhydraten
- Gemaakt uit sub-eenheden (monosachariden aan elkaar), Makkelijke en moeilijke vormen
▪ C, H, O met H en O in een 2/1 verhouding -> H-C-OH
- Functies
▪ Structurele bouwsteen (planten en bacterie)
▪ Energiebron/opslag (kort en lang termijn)
. Bv: glucose in bloed (kort) of glycogeen (lang)
. Bv: zetmeel -> lange ketens eerst splitsen, cellen alleen voeden met monosachariden
Eenvoudige koolhydraten
- Monosachariden
▪ 1 koolstofring met OH groepen (bv: glucose)
▪ Koolstofring met 3-7 C’s
▪ OH is alcohol -> suikers zijn poly-alcohol
▪ Andere hexagonen: fructose (fruit), galactose (melk),
- Dissachariden
▪ 2 koolstofringen
▪ Maltose (maltase nodig voor splitsing) gevormd door dehydratie
▪ Sucrose (fructose + glucose), lactose (glucose + galactose)
Complexe koolhydraten (polysachariden)
- Polysachariden
▪ Reeks koolstofringen
- Glycogeen
▪ Stockeren bij dieren (mensen ook), vertakt
▪ In granulen in lever -> bij eten -> productie insuline -> bevorderen opslag
- Starch: stockeren bij planten (in granulen, soms vertakt) -> kan verteerd worden door mensen
- Cellulose in plant rand, glucose anders verbonden -> niet verteerbaar voor mensen
Lipiden
- Lost niet op in water (apolair)
- Energiemoleculen
▪ Isolatie
▪ Kameel: bult met vet en water
▪ Bij verteren vet komt chemisch water bij (kan verdampen)
- In celmembraan
▪ Vetten zijn vloeibaar bij kamer temp -> beweeglijk membraan (fosfolipiden)
- In vorm van: vet, olie, fosfolipiden en steroïden
Verschil vetten en olie (beide tryglyceriden)
- Vetten
▪ Harde lipiden (kamer) -> Geen vertakkingen, weinig plaats
▪ Dierlijke origine
▪ Lange termijn energie opslag
▪ Isolatie bij warmteverlies
▪ Kussen voor organen
- Olie
▪ Vloeibare lipiden (kamer) -> Vertakt, meer plaats
▪ Plantaardige origine
Triglyceride
- Meest gebruikt , lost niet op, gevormd door dehydratatie
- Functie: lang termijn energie opslag, isolatie, kussen
- Afbraak
▪ Emulsie: deeltjes met polair en apolair einde rond vetdruppels om ze te laten interageren met water
▪ Lever produceert gal -> helpt bij emulsie
- 3 vetzuur(staarten)
3
, Gesatureerde vetten
. Enkele binding tussen C
. Ongezonde dingen
▪ Zuur einde: lange C met COOH deeltje
▪ Dubbele binding met O, enkele binding met HO (loskomen -> H+ ionen) Ongesatureerde vetten
- Glycerol . Dubbele binding tussen C
▪ Poly-alcohol: 3 C-atomen . Gezonde dingen
▪ H leveren aan HO van VZ -> dehydratie -> VZ aan glycerol -> VZ: vetzuurstaart
- Was: vetzuur + enkel organische molecule (alcohol)
▪ Beperkt verlies vochtigheid lichaamsoppervlak (oorsmeer)
Vetten verstaan bij lezen van nutrition label
- Dubbele binding: onverzadigd (rood: cis-binding)
▪ Zorgt voor knikje -> VZ meer plaats -> vloeibaar
▪ Beter voor lichaam, gezonder
▪ Trans-binding: minder gezond, miss zelf gevaarlijk (gefritureerd)
. Partiële hydrogenering: sommige dubbele bonden diagonaal
- Verzadigde vetten
▪ Ongezond, geen dubbele binding, vast
▪ Atherosclerose: laesie op bloedvat -> hartaandoeningen
Fosfolipiden
- Structureel vet, polair
- Gelijkaardig aan structuur triglyceride
- 1 VZ vervangen door polaire fosforgroep/stikstof (kop oplosbaar)
▪ Hydrofiel (fosfaat, naar cel) en hydrofoob (staarten) gedeelte
- Primaire component van celmembraan
Steroïde
- 4 samengevoegde ringen -> ringstructuur
- Cholesterol celplasmamembraan van dieren
- Bv: cholesterol gebruikt voor gender hormonen
Proteïnen
- Sub-deeltjes: aminozuren
- Functie
▪ Hormonen
▪ Enzymen
▪ Antilichamen
▪ Transport: carrier proteïnen
▪ Ondersteuning: structurele proteïnen (keratine: haar en nagels, collageen: ligamenten, huid)
▪ Beweging: actine en myosine -> contracteren
- Functie cel hangt af van welke proteïnes
- Denaturatie
▪ Moet bepaalde vorm voor functie + bepaalde pH
▪ Bij verhitting -> veranderen vorm -> verlies functie: denaturatie
▪ Bv: Ei bakken -> verharden, melk verzuren, sterven oververhitting, homeostase
Aminozuren
- 20 varianten in lichaam -> kan je nog koppelen -> verschillende functies
- Aminogroep (NH2) + zuurgroep + nog iets random (R)
- Peptiden: korte ketens AZ
- Proteïnen: lange ketens AZ
Proteïne structuren
- Primair: verschillende aminozuren
- Secundair: oprollen in helix (alfa) / grote vlakken (beta)
▪ Verschillende polen eiwitketens -> trekken elkaar aan
- Tertiair: opplooien met helix en vlakken
▪ 1 eiwit, 1 polypeptideketen
4
, - Quaternair: meerdere eiwitten bij elkaar
▪ Bv: bepaalde enzymen: hemoglobine -> Fe dat O2 bindt
Nucleïnezuren
- Sub-deeltjes: nucleotiden (verschillende molecules aan elkaar)
- Functie: proteïnen maken
- RNA (klein) & DNA (blijft in kern)
Onderdelen nucleotide
- Fosfaatgroep
- Suikergroep: pentose (ribose of desoxyribose)
- Stikstofhoudende base
▪ Adenine & Guanine -> dubbel-geringde purines
▪ Cytosine & Thymine & Uracil -> enkel-geringde pyrimidines
▪ DNA: A met T & G met C (2 nucleotide stringen)
▪ RNA: U ipv T
▪ Makkelijk code repliceren en breken
DNA en RNA
- DNA: desoxyribonucleïnezuur VS RNA: ribonucleïnezuur
▪ Suiker: desoxyribose Suiker: ribose
▪ A, T, C, G A, U, C, G
▪ Dubbele helix Enkele streng
▪ Hoe kopiëren & volgorde AZ in eiwit Uitvoering instructies DNA
ATP
- Adenosinetrifosfaat
- Nucleotide met 3 fosfaatgroepen
▪ Aanhechten: energie nodig
▪ Ontkoppelen: energie vrij (P + ADP)
- Energiedrager (stockeren of gebruiken)
Oefeningen
- 70-90 is water, 60-70 is gewicht water
- Denaturatie bij verstoring R-groepen (vorm)
- Steroïden verschillen in functionele groep
HF3: Celstructuur en functie
Wat is een cel
Celtheorie
- Cellen zijn de basis van het leven
- Alles kleiner dan cel -> leeft niet
- Alle levende organismen bestaan uit cellen
- Structuur bepaald functie
Waarom zijn cellen klein?
- 100 µm
- Oppervlakte/volume ratio
▪ Meer oppervlakte dan volume
▪ Meer voedingsstoffen door cel & afval makkelijker weg (snelle uitwisseling)
▪ Beperking grootte cel -> niet efficiënt en metabolisch actief (eicel snel delen)
Microscopen
- Compound light microscope
▪ Lage inzooming
5
, ▪ Lichtstralen om afbeeldingen te zien
▪ Levende soorten mogelijk
▪ Preparaten snijden, fijne weefselcoupe, kleuring
▪ Organellen niet goed te zien, wel cellen in beeld brengen
- Transmission electron microscope
▪ 2D-beeld
▪ Elektronen om interne structuur te zien -> preparaat doorstraalt
▪ Hoge inzooming
▪ Geen levende organismen
▪ Niet direct zichtbaar met oog -> moet afgebeeld worden
- Scanning electron microscope
▪ 3D-beeld
▪ Elektronen om oppervlakte structuren te zien
▪ Hoge inzooming
▪ Geen levende organismen
▪ Inspuiten met e- dense stoffen voor contrast
Celtypes
- Prokaryoten
▪ Eerste evoluerende cellen
▪ Geen nucleus en organellen
▪ Bacteriën en archaea
- Eukaryoten
▪ Nucleus met DNA
▪ Organellen met membraan
Hoe zijn cellen georganiseerd
- Kern met poriën voor communicatie
- Chromatine: DNA draadjes in kern
- Nucleolus: kernlichaampje, sub-units ribosomen produceren
- Envelop: dubbel membraan met poriën rond kern
- Endoplasmatisch reticulum
▪ RER: membraanholtes met ribosomen, eiwitsynthese
▪ SER: lipide/membraan synthese om organellen te maken
- Ribosomen: nucleïnezuur en eiwitten voor eiwitsynthese
- Mitochondriën: energiecentrale, productie ATP
- Polyribosoom: vrij in cytoplasma, synthese zelfde proteïne
- Golgiapparaat: verbonden met SER (eiwitblaasjes krijgen), vesikels (membraanblaasje) maken
▪ Stoffen vrijzetten, verpakken, produceren (vesikels of lysosomen)
- Lysosoom: membraanblaasje, verterende enzymen -> delen cel oplossen
- Cytoskelet: structuur en beweging van cel (uit eiwitten)
▪ Centriolen: cilinders microtubilli, rol celdeling
▪ Centrosoom: 2 centriolen, microtubili regelen
▪ Intermediaire filamenten: proteïnevezels voor support
- Plasmamembraan: 2 lagen fosfolipiden membraan met eiwitten als receptoren of transport van binnen -> buiten
▪ Selectief permeabel
Historie
- Prokaryote cellen in 200°F, veel CO, geen O2
- Eukaryote cellen uit archea
- Invaginatie plasmamembraan -> celkern
- Door opeten prokaryoten -> niet verteren -> organellen
▪ Endosymbiosis maakte mitochondria & chloroplasten
Plasmamembraan en hoe substanties het oversteken
- Eiwitten door celmembraan
▪ Stoffen van binnen naar buiten
6
, ▪ Belangrijk voor geleiding ionen
- Eiwitten verbonden met andere eiwitten (hulpeenheden)
- Eiwitten verankeren in membraan
- Combi eiwitten & lipiden, eiwitten & suikers, suikers & lipiden
▪ Glycoproteïne (eiwit + suiker in membraan) of glycolipide (suiker + vet)
. Voor vorming -> glycocalix: laagje van haartjes op cel van koolhydraatstrengen
. Herkenning van cellen onderling (self) , immuuncellen, reden vers. bloedsoort
- Fosfolipide 2laag
- Cholesterol: fluïditeit -> vloeibaar mozaïek model
Selectieve permeabiliteit
- Moet door vetlaag -> dingen die in water opgelost zijn kunnen niet door
- Aquaporie: water naar binnen en naar buiten
- Macromoleculen kunnen niet door
- Polaire molecules: Geladen ionen gebruiken lading en gaan naar binnen via poriën (specifiek)
- Apolaire molecules: kunnen door membraan zelf
Bewegingen door het membraan
- Diffusie: random (spontane) beweging van moleculen van hoge naar lage concentratie
▪ Geen extra energie nodig
- Osmose: diffusie van watermoleculen
▪ Rechts: hoge concentratie
▪ Alleen bij poriën
▪ Richting bepaald door tonicity -> gebaseerd op hoeveelheid opgeloste stoffen
▪ Transport: netto = 0 als concentratie in evenwicht is
▪ Osmotische druk: bepaalt waterbeweging in lichaam (darmen & nieren)
▪ Hoge concentratie ‘solutes’, lage concentratie water
. Water diffusie van deel met weinig solutes naar veel solutes
▪ Gevaarlijke transporten
. Hypotonische oplossing : minder opgeloste stof rond cel dan in cel, hoge conc water
Water van buiten naar binnen, concentratie buiten hoger
Cellen barsten (lysie), rode bloedcellen barsten (hemolyse)
Bv: Zuiver water zonder zouten
Hypertonische oplossing: Water buiten meer opgeloste stoffen dan binnen
Water van binnen naar buiten, concentratie binnen hoger
Cellen schrompelen, rode bloedcellen schrompelen (crenatie)
Bv: zouten
. Isotone oplossing: evenwicht
- Gefaciliteerd transport: transport van moleculen van hoge naar lage conc
▪ Kanalen/carrier: specifiek eiwit -> via proteïne drager
▪ Geen extra energie nodig (gebruik concentratie)
▪ Bv: type 2 diabetisch -> niet genoeg juiste carriers
- Actief transport: transport van moleculen van lage naar hoge concentratie
▪ Gebruik ATP
▪ Proteïne carrier
- Bulk transport: voor grote moleculen (kan ook met receptoren)
▪ Endocytose: transport naar binnen de cel
. Via indeuking plasmamembraan
. Vesikel (blaasje) vormen
. Receptor-gemedieerd: kan stof die naar binnen moet binden door receptoreiwitten
. Fagocytose: binnenhalen bacterie
. Pinocytose: binnenhalen vloeistof/kleine moleculen
▪ Exocytose: transport naar buiten de cel
. Fusie vesikel met plasmamembraan
▪ Bv: neurotransmitters van ene cel naar andere
7
