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

 dieren.

Dieren bevatten meer

proteïnen

dan planten.

(reservestof) dan (o.a. spierweefsel)



96%

van de massa is

O, C, H en N

.

Water (H 2 O), lipiden (C, H, O) en eiwitten (C, H, O en N)  De andere elementen komen voornamelijk voor in

minerale verbindingen

Mg, I en Fe) of als ionen (Ca, P, K, S, Na, Cl,  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 C 12 H 22 O 11 + H 2 O C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6 maltose water glucose glucose • condensatiereactie C 6 H 12 O 6 glucose + C 6 H 12 O glucose 6 C 12 H 22 O maltose 11 + H 2 O water  Water is een belangrijk transportmiddel.

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.

Sequoia sempervirens

Schaatsenrijder lopend op wateroppervlak

2.2 Minerale verbindingen in organismen

minerale ionen Na + K + voorkomen en functie

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 ionen Ca 2+ Mg 2+ voorkomen en functie

Voorkomen: opgeslagen in beenweefsel en tanden (calciumfosfaat en calciumhydroxyapatiet) • • •

Functies:

speelt rol bij spiercontracties speelt rol bij bloedstolling neurotransmissie aan de synapsen • Voorkomen: in intracellulaire vloeistof •

Functies:

onontbeerlijk voor functioneren spieren en zenuwcellen centrale ion bij chlorofylmoleculen

Macroscopische structuur beenweefsel

minerale ionen Fe 2+ PO 4 3 Cl voorkomen en functie

Voorkomen: in hemoglobine • •

Functies:

hemoglobine: zuurstofbinding en -transport nodig voor enzym aanmaak chlorofyl • •

Voorkomen:

in beenweefsel en tanden in belangrijke moleculen zoals ATP, DNA en RNA 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 (O

2

)

 Geproduceerd tijdens fotosyntheseproces : 6 CO 2 + 6 H 2 O C 6 H 12 O 6  Zuurstofgasmoleculen zijn apolair .

+ 6 O 2 slecht oplosbaar in water kunnen doorheen membranen

 Transport • van zuurstof 2% opgelost in het in het bloed: bloedplasma • 98% wordt gebonden aan hemoglobuline bloedcellen (oxigenatie) in rode

oxigenatie

in de longcapillairen Hb + 4 O 2 Hb(O 2 ) 4

deoxigenatie

in alle weefselcapillairen Hb(O 2 ) 4 Hb + 4 O 2  Myoglobine in spiercellen neemt zuurstof over van hemoglobine.

Overzicht O 2 -transport in het bloed

2.3.2 Koolstofdioxide (CO

2

)

 Geproduceerd tijdens

celademhaling

: C 6 H 12 O 6 + 6 O 2  CO 2 • verlaat de cel 7% lost op in

bloedplasma

• 70%

reageert met water

6 CO 2 + 6 H 2 O CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 • 23% getransporteerd met

hemoglobine

H + + HCO 3 Hb + CO 2 HbCO 2 carbaminohemoglodine

 Planten gebruiken opnieuw CO 2 bij de

fotosynthese

: 6 CO 2 + 6 H 2 O C 6 H 12 O 6 + 6 O 2

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 Ca 2+ -ionen

moffeloven

3.2 De belangrijkste groepen van C-verbindingen

3.2.1 Sachariden (koolhydraten, suikers)

MONOSACHARIDEN voorbeelden structuurformule en schematische voorstelling Glucose (C 6 H 12 O 6 ) biologische functie of belang

• Bouwsteen van sommige poly- sachariden (bv. zetmeel) • belangrijkste

energiebron

MONOSACHARIDEN voorbeelden structuurformule en schematische voorstelling Fructose (C 6 H 12 O 6 ) biologische functie of belang

• komt voor in vruchten en andere delen van planten •

energiebron Galactose (C 6 H 12 O 6 )

• ontstaat bij vertering melk en melkproducten •

energiebron

DISACHARIDEN voorbeelden schematische voorstelling Sacharose

= sucrose = kristal suiker

(C 12 H 22 O 11 ) biologische functie of belang

• • komt in hoge concentratie voor in diverse planten (suikerriet, suikerbiet, esdoorn, …) energiebron (snoep, frisdrank en alle gewone suiker).

Lactose

= melksuiker

(C 12 H 22 O 11 )

• komt voor in melk •

energiebron

DISACHARIDEN voorbeelden schematische voorstelling Maltose

= biersuiker

(C 12 H 22 O 11 ) biologische functie of belang

• ontstaat uit zetmeel in kiemende zaden.

• bierbereiding: maltose wordt door vergisting omgezet naar alcohol

sacharose

lactose

maltose

voorbeelden Zetmeel

= 20% amylose en 80% amylopectine

Glycogeen POLYSACHARIDEN biologische functie of belang

• • reservesuiker bij planten, komt voor in de vorm van zetmeelkorrels belangrijkste energiebron in onze voeding (aardappelen, graanproducten (brood, pasta, ..), rijst enz.) • reservesuiker bij dieren, opgeslagen in lever en spieren

Cellulose Chitine

• • 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) • structurele polysachariden die voorkomt in het exoskelet van geleedpotigen en celwand van fungi

amylose amylopectine zetmeelkorrels

glycogeenkorrels in levercel

Cellulose glycogeen

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 • Bijnierschors hormonen

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 aaneenschakeling

ontstaan door de 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 H bruggen 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 O 2 , CO 2 •

myoglobine

in spiercellen: tijdelijk opslag O 2 

intracellulair transport

• microtubuli (eiwit tubuline) 

hormonen

• insuline

Potvis: hoge concentratie myoglobine in spiercellen



spiercontractie PROTEÏNEN biologische functie of belang



bescherming

• antistoffen of immunoglobulinen • fibrinogeen

actine en myosine



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 volgorde

om

aminozuren

aan elkaar te zetten in een bepaalde  bij de celdeling wordt

DNA verdubbeld

en

verdeeld

de twee dochtercellen over

RNA (ribonucleïnezuur) nucleotiden



Nucleotide

•

ribose

• opgebouwd uit:

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

Einde Thema

2

CHEMISCHE STOFFEN IN ORGANISMEN