Informatie

2.1: Chemie van het leven - Biologie


  • 2.1.1: De bouwstenen van moleculen
    Op het meest fundamentele niveau bestaat het leven uit materie. Materie neemt ruimte in beslag en heeft massa. Alle materie is samengesteld uit elementen, stoffen die niet kunnen worden afgebroken of chemisch kunnen worden omgezet in andere stoffen. Elk element is gemaakt van atomen, elk met een constant aantal protonen en unieke eigenschappen. Elk element wordt aangeduid met zijn chemische symbool en heeft unieke eigenschappen. Door deze unieke eigenschappen kunnen elementen op specifieke manieren worden gecombineerd en met elkaar worden verbonden.
  • 2.1.2: Water
    Vraag je je ooit af waarom wetenschappers tijd besteden aan het zoeken naar water op andere planeten? Het is omdat water essentieel is voor het leven; zelfs minuscule sporen ervan op een andere planeet kunnen erop wijzen dat er leven op die planeet kon of bestond. Water is een van de meest voorkomende moleculen in levende cellen en de meest cruciale voor het leven zoals wij dat kennen. Ongeveer 60-70 procent van je lichaam bestaat uit water. Zonder dat zou het leven gewoon niet bestaan.
  • 2.1.3: Biologische moleculen
    Er zijn vier hoofdklassen van biologische macromoleculen (koolhydraten, lipiden, eiwitten en nucleïnezuren), en elk is een belangrijk onderdeel van de cel en vervult een breed scala aan functies. Gecombineerd vormen deze moleculen het grootste deel van de massa van een cel. Biologische macromoleculen zijn organisch, wat betekent dat ze koolstof bevatten (met enkele uitzonderingen, zoals koolstofdioxide).

2.1 De bouwstenen van moleculen

Op het meest fundamentele niveau bestaat het leven uit materie. Materie neemt ruimte in beslag en heeft massa. Alle materie is samengesteld uit elementen, stoffen die niet kunnen worden afgebroken of chemisch kunnen worden omgezet in andere stoffen. Elk element is gemaakt van atomen, elk met een constant aantal protonen en unieke eigenschappen. Er zijn in totaal 118 elementen gedefinieerd, maar slechts 92 komen van nature voor en minder dan 30 worden aangetroffen in levende cellen. De overige 26 elementen zijn onstabiel en bestaan ​​daarom nog niet zo lang of zijn theoretisch en moeten nog worden gedetecteerd.

Elk element wordt aangeduid met zijn chemische symbool (zoals H, N, O, C en Na) en heeft unieke eigenschappen. Door deze unieke eigenschappen kunnen elementen op specifieke manieren worden gecombineerd en met elkaar worden verbonden.

Atomen

Een atoom is het kleinste onderdeel van een element dat alle chemische eigenschappen van dat element behoudt. Eén waterstofatoom heeft bijvoorbeeld alle eigenschappen van het element waterstof, zoals het bestaat als een gas bij kamertemperatuur, en het bindt zich met zuurstof om een ​​watermolecuul te creëren. Waterstofatomen kunnen niet worden afgebroken tot iets kleiners met behoud van de eigenschappen van waterstof. Als een waterstofatoom zou worden afgebroken tot subatomaire deeltjes, zou het niet langer de eigenschappen van waterstof hebben.

Op het meest basale niveau zijn alle organismen gemaakt van een combinatie van elementen. Ze bevatten atomen die samen moleculen vormen. In meercellige organismen, zoals dieren, kunnen moleculen interageren om cellen te vormen die samen weefsels vormen, die organen vormen. Deze combinaties gaan door totdat hele meercellige organismen zijn gevormd.

Alle atomen bevatten protonen, elektronen en neutronen (Figuur 2.2). De meest voorkomende isotoop van waterstof (H) is de enige uitzondering en bestaat uit één proton en één elektron zonder neutronen. Een proton is een positief geladen deeltje dat zich in de kern (de kern van het atoom) van een atoom bevindt en een massa van 1 en een lading van +1 heeft. Een elektron is een negatief geladen deeltje dat in de ruimte rond de kern reist. Met andere woorden, het bevindt zich buiten de kern. Het heeft een verwaarloosbare massa en een lading van -1.

Neutronen bevinden zich net als protonen in de kern van een atoom. Ze hebben een massa van 1 en geen lading. De positieve (protonen) en negatieve (elektronen) ladingen balanceren elkaar in een neutraal atoom, dat een netto nullading heeft.

Omdat protonen en neutronen elk een massa van 1 hebben, is de massa van een atoom gelijk aan het aantal protonen en neutronen van dat atoom. Het aantal elektronen speelt geen rol in de totale massa, omdat hun massa zo klein is.

Zoals eerder vermeld, heeft elk element zijn eigen unieke eigenschappen. Elk bevat een ander aantal protonen en neutronen, waardoor het zijn eigen atoomnummer en massagetal krijgt. Het atoomnummer van een element is gelijk aan het aantal protonen dat dat element bevat. Het massagetal of atomaire massa is het aantal protonen plus het aantal neutronen van dat element. Daarom is het mogelijk om het aantal neutronen te bepalen door het atoomnummer van het massagetal af te trekken.

Deze cijfers geven informatie over de elementen en hoe ze zullen reageren wanneer ze worden gecombineerd. Verschillende elementen hebben verschillende smelt- en kookpunten en bevinden zich in verschillende toestanden (vloeibaar, vast of gas) bij kamertemperatuur. Ze combineren ook op verschillende manieren. Sommige vormen specifieke soorten obligaties, andere niet. Hoe ze combineren is gebaseerd op het aantal aanwezige elektronen. Vanwege deze kenmerken zijn de elementen gerangschikt in het periodiek systeem der elementen, een grafiek van de elementen met het atoomnummer en de relatieve atoommassa van elk element. Het periodiek systeem geeft ook belangrijke informatie over de eigenschappen van elementen (Figuur 2.2), vaak aangegeven door kleurcodering. De opstelling van de tabel laat ook zien hoe de elektronen in elk element zijn georganiseerd en geeft belangrijke details over hoe atomen met elkaar zullen reageren om moleculen te vormen.

Isotopen zijn verschillende vormen van hetzelfde element met hetzelfde aantal protonen, maar een verschillend aantal neutronen. Sommige elementen, zoals koolstof, kalium en uranium, hebben van nature voorkomende isotopen. Koolstof-12, de meest voorkomende isotoop van koolstof, bevat zes protonen en zes neutronen. Daarom heeft het een massagetal van 12 (zes protonen en zes neutronen) en een atoomnummer van 6 (waardoor het koolstof wordt). Koolstof-14 bevat zes protonen en acht neutronen. Daarom heeft het een massagetal van 14 (zes protonen en acht neutronen) en een atoomnummer van 6, wat betekent dat het nog steeds het element koolstof is. Deze twee alternatieve vormen van koolstof zijn isotopen. Sommige isotopen zijn onstabiel en zullen protonen, andere subatomaire deeltjes of energie verliezen om stabielere elementen te vormen. Dit worden radioactieve isotopen of radio-isotopen genoemd.

Visuele verbinding

Hoeveel neutronen hebben (K) kalium-39 en kalium-40 respectievelijk?

Evolutie verbinding

Koolstofdatering

Koolstof-14 (14 C) is een natuurlijk voorkomende radio-isotoop die door kosmische straling in de atmosfeer wordt gecreëerd. Dit is een continu proces, dus er wordt altijd meer 14C gecreëerd. Naarmate een levend organisme zich ontwikkelt, is het relatieve niveau van 14 C in zijn lichaam gelijk aan de concentratie van 14 C in de atmosfeer. Als een organisme sterft, krijgt het geen 14 C meer binnen, dus de verhouding zal afnemen. 14 C vervalt tot 14 N door een proces dat bètaverval wordt genoemd, het geeft energie af in dit langzame proces.

Na ongeveer 5.730 jaar zal slechts de helft van de beginconcentratie van 14 C zijn omgezet in 14 N. De tijd die nodig is voor de helft van de oorspronkelijke concentratie van een isotoop om tot zijn stabielere vorm te vervallen, wordt de halfwaardetijd genoemd. . Omdat de halfwaardetijd van 14 C lang is, wordt het gebruikt om voorheen levende objecten, zoals fossielen, te verouderen. Met behulp van de verhouding van de 14 C-concentratie die in een object wordt gevonden tot de hoeveelheid 14 C die in de atmosfeer is gedetecteerd, kan de hoeveelheid van de isotoop die nog niet is vergaan, worden bepaald. Op basis van deze hoeveelheid kan de leeftijd van het fossiel worden berekend tot ongeveer 50.000 jaar (Figuur 2.4). Isotopen met een langere halfwaardetijd, zoals kalium-40, worden gebruikt om de leeftijd van oudere fossielen te berekenen. Door het gebruik van koolstofdatering kunnen wetenschappers de ecologie en biogeografie reconstrueren van organismen die in de afgelopen 50.000 jaar hebben geleefd.

Concepten in actie

Voor meer informatie over atomen en isotopen, en hoe je de ene isotoop van de andere kunt onderscheiden, bezoek je deze site en voer je de simulatie uit.

Chemische bindingen

Hoe elementen met elkaar omgaan, hangt af van hoe hun elektronen zijn gerangschikt en hoeveel openingen voor elektronen er zijn in het buitenste gebied waar elektronen in een atoom aanwezig zijn. Elektronen bestaan ​​op energieniveaus die schillen rond de kern vormen. De dichtstbijzijnde schil kan maximaal twee elektronen bevatten. De schil die zich het dichtst bij de kern bevindt, wordt altijd eerst gevuld, voordat een andere schil kan worden gevuld. Waterstof heeft dus één elektron, het heeft dus maar één plek in de onderste schil. Helium heeft twee elektronen, daarom kan het de onderste schil volledig vullen met zijn twee elektronen. Als je naar het periodiek systeem kijkt, zie je dat waterstof en helium de enige twee elementen in de eerste rij zijn. Dit komt omdat ze alleen elektronen in hun eerste schil hebben. Waterstof en helium zijn de enige twee elementen die de laagste schil hebben en geen andere schalen.

Het tweede en derde energieniveau kunnen maximaal acht elektronen bevatten. De acht elektronen zijn gerangschikt in vier paren en één positie in elk paar is gevuld met een elektron voordat eventuele paren zijn voltooid.

Als u nog eens naar het periodiek systeem kijkt (Figuur 2.3), ziet u dat er zeven rijen zijn. Deze rijen komen overeen met het aantal schelpen dat de elementen binnen die rij hebben. De elementen binnen een bepaalde rij hebben een toenemend aantal elektronen naarmate de kolommen van links naar rechts gaan. Hoewel elk element hetzelfde aantal schillen heeft, zijn niet alle schillen volledig gevuld met elektronen. Als je naar de tweede rij van het periodiek systeem kijkt, vind je lithium (Li), beryllium (Be), boor (B), koolstof (C), stikstof (N), zuurstof (O), fluor (F), en neon (Ne). Deze hebben allemaal elektronen die alleen de eerste en tweede schil bezetten. Lithium heeft slechts één elektron in de buitenste schil, beryllium heeft twee elektronen, boor heeft er drie, enzovoort, totdat de hele schil gevuld is met acht elektronen, zoals het geval is bij neon.

Niet alle elementen hebben genoeg elektronen om hun buitenste schil te vullen, maar een atoom is het meest stabiel wanneer alle elektronposities in de buitenste schil gevuld zijn. Vanwege deze vacatures in de buitenste schillen zien we de vorming van chemische bindingen, of interacties tussen twee of meer van dezelfde of verschillende elementen die resulteren in de vorming van moleculen. Om een ​​grotere stabiliteit te bereiken, zullen atomen de neiging hebben hun buitenste schillen volledig te vullen en zich met andere elementen verbinden om dit doel te bereiken door elektronen te delen, elektronen van een ander atoom te accepteren of elektronen aan een ander atoom te doneren. Omdat de buitenste schillen van de elementen met lage atoomnummers (tot calcium, met atoomnummer 20) acht elektronen kunnen bevatten, wordt dit de octetregel genoemd. Een element kan elektronen doneren, accepteren of delen met andere elementen om de buitenste schil te vullen en te voldoen aan de octetregel.

Wanneer een atoom niet evenveel protonen als elektronen bevat, wordt het een ion genoemd. Omdat het aantal elektronen niet gelijk is aan het aantal protonen, heeft elk ion een netto lading. Positieve ionen worden gevormd door elektronen te verliezen en worden kationen genoemd. Negatieve ionen worden gevormd door elektronen op te nemen en worden anionen genoemd.

Natrium heeft bijvoorbeeld maar één elektron in de buitenste schil. Het kost natrium minder energie om dat ene elektron te doneren dan om zeven extra elektronen te accepteren om de buitenste schil te vullen. Als natrium een ​​elektron verliest, heeft het nu 11 protonen en slechts 10 elektronen, waardoor het een totale lading van +1 heeft. Het wordt nu een natriumion genoemd.

Het chlooratoom heeft zeven elektronen in zijn buitenste schil. Nogmaals, het is energiezuiniger voor chloor om één elektron te winnen dan om er zeven te verliezen. Daarom heeft het de neiging om een ​​elektron te winnen om een ​​ion te creëren met 17 protonen en 18 elektronen, waardoor het een netto negatieve (–1) lading krijgt. Het wordt nu een chloride-ion genoemd. Deze beweging van elektronen van het ene element naar het andere wordt elektronenoverdracht genoemd. Zoals figuur 2.5 illustreert, heeft een natriumatoom (Na) slechts één elektron in zijn buitenste schil, terwijl een chlooratoom (Cl) zeven elektronen in zijn buitenste schil heeft. Een natriumatoom zal zijn ene elektron doneren om zijn schil te legen, en een chlooratoom zal dat elektron accepteren om zijn schil te vullen, waardoor het chloride wordt. Beide ionen voldoen nu aan de octetregel en hebben complete buitenste schillen. Omdat het aantal elektronen niet meer gelijk is aan het aantal protonen, is elk nu een ion en heeft het een +1 (natrium) of –1 (chloride) lading.

Ionische bindingen

Er zijn vier soorten bindingen of interacties: ionische, covalente, waterstofbruggen en van der Waals-interacties. Ionische en covalente bindingen zijn sterke interacties die een grotere energietoevoer vereisen om uit elkaar te vallen. Wanneer een element een elektron doneert vanuit zijn buitenste schil, zoals in het voorbeeld van het natriumatoom hierboven, wordt een positief ion gevormd. Het element dat het elektron accepteert, is nu negatief geladen. Omdat positieve en negatieve ladingen elkaar aantrekken, blijven deze ionen bij elkaar en vormen ze een ionbinding, of een binding tussen ionen. De elementen binden zich samen met het elektron van het ene element en blijven voornamelijk bij het andere element. Wanneer Na + en Cl - -ionen worden gecombineerd om NaCl te produceren, blijft een elektron van een natriumatoom bij de andere zeven van het chlooratoom, en trekken de natrium- en chloride-ionen elkaar aan in een rooster van ionen met een netto nullading.

Covalente obligaties

Een ander type sterke chemische binding tussen twee of meer atomen is een covalente binding. Deze bindingen vormen wanneer een elektron wordt gedeeld tussen twee elementen en zijn de sterkste en meest voorkomende vorm van chemische binding in levende organismen. Covalente bindingen vormen zich tussen de elementen waaruit de biologische moleculen in onze cellen bestaan. In tegenstelling tot ionische bindingen dissociëren covalente bindingen niet in water.

De waterstof- en zuurstofatomen die samen watermoleculen vormen, zijn aan elkaar gebonden door covalente bindingen. Het elektron van het waterstofatoom verdeelt zijn tijd tussen de buitenste schil van het waterstofatoom en de onvolledige buitenste schil van het zuurstofatoom. Om de buitenste schil van een zuurstofatoom volledig te vullen, zijn twee elektronen van twee waterstofatomen nodig, vandaar het subscript "2" in H2O. De elektronen worden gedeeld tussen de atomen en verdelen hun tijd tussen hen om de buitenste schil van elk te "vullen". Dit delen is een lagere energietoestand voor alle betrokken atomen dan wanneer ze zouden bestaan ​​zonder dat hun buitenste schillen gevuld waren.

Er zijn twee soorten covalente bindingen: polair en niet-polair. Niet-polaire covalente bindingen vormen zich tussen twee atomen van hetzelfde element of tussen verschillende elementen die de elektronen gelijkelijk delen. Een zuurstofatoom kan zich bijvoorbeeld binden met een ander zuurstofatoom om hun buitenste schillen te vullen. Deze associatie is niet-polair omdat de elektronen gelijk verdeeld zijn over elk zuurstofatoom. Er vormen zich twee covalente bindingen tussen de twee zuurstofatomen omdat zuurstof twee gedeelde elektronen nodig heeft om de buitenste schil te vullen. Stikstofatomen zullen drie covalente bindingen vormen (ook wel drievoudig covalent genoemd) tussen twee stikstofatomen, omdat elk stikstofatoom drie elektronen nodig heeft om zijn buitenste schil te vullen. Een ander voorbeeld van een niet-polaire covalente binding wordt gevonden in het methaan (CH4) molecuul. Het koolstofatoom heeft vier elektronen in zijn buitenste schil en heeft er nog vier nodig om het te vullen. Het haalt deze vier uit vier waterstofatomen, waarbij elk atoom er één levert. Deze elementen delen alle elektronen gelijkelijk, waardoor vier niet-polaire covalente bindingen ontstaan ​​(Figuur 2.6).

In een polaire covalente binding brengen de elektronen die door de atomen worden gedeeld meer tijd door dichter bij de ene kern dan bij de andere kern. Door de ongelijke verdeling van elektronen tussen de verschillende kernen ontstaat er een licht positieve (δ+) of licht negatieve (δ–) lading. De covalente bindingen tussen waterstof- en zuurstofatomen in water zijn polaire covalente bindingen. De gedeelde elektronen brengen meer tijd door in de buurt van de zuurstofkern, waardoor deze een kleine negatieve lading krijgt, dan in de buurt van de waterstofkernen, waardoor deze moleculen een kleine positieve lading krijgen.

Waterstofbruggen

Ionische en covalente bindingen zijn sterke bindingen die veel energie nodig hebben om te breken. Niet alle bindingen tussen elementen zijn echter ionische of covalente bindingen. Er kunnen zich ook zwakkere bindingen vormen. Dit zijn attracties die optreden tussen positieve en negatieve ladingen die niet veel energie nodig hebben om te breken. Twee zwakke bindingen die vaak voorkomen, zijn waterstofbruggen en van der Waals-interacties. Deze bindingen geven aanleiding tot de unieke eigenschappen van water en de unieke structuren van DNA en eiwitten.

Wanneer polaire covalente bindingen met een waterstofatoom worden gevormd, heeft het waterstofatoom in die binding een licht positieve lading. Dit komt omdat het gedeelde elektron sterker naar het andere element wordt getrokken en weg van de waterstofkern. Omdat het waterstofatoom licht positief is (δ+), zal het worden aangetrokken door aangrenzende negatieve deelladingen (δ–). Wanneer dit gebeurt, treedt er een zwakke interactie op tussen de δ+ lading van het waterstofatoom van het ene molecuul en de δ– lading van het andere molecuul. Deze interactie wordt een waterstofbrug genoemd. Dit type binding komt veel voor, het vloeibare karakter van water wordt bijvoorbeeld veroorzaakt door de waterstofbruggen tussen watermoleculen (Figuur 2.7). Waterstofbindingen geven water de unieke eigenschappen die het leven in stand houden. Zonder waterstofbinding zou water bij kamertemperatuur een gas zijn in plaats van een vloeistof.

Waterstofbindingen kunnen zich vormen tussen verschillende moleculen en die hoeven niet altijd een watermolecuul te bevatten. Waterstofatomen in polaire bindingen binnen elk molecuul kunnen bindingen vormen met andere aangrenzende moleculen. Waterstofbindingen houden bijvoorbeeld twee lange DNA-strengen bij elkaar om het DNA-molecuul zijn karakteristieke dubbelstrengige structuur te geven. Waterstofbindingen zijn ook verantwoordelijk voor een deel van de driedimensionale structuur van eiwitten.

Van der Waals Interacties

Net als waterstofbruggen zijn van der Waals-interacties zwakke aantrekkingen of interacties tussen moleculen. Ze komen voor tussen polaire, covalent gebonden atomen in verschillende moleculen. Sommige van deze zwakke aantrekkingskrachten worden veroorzaakt door tijdelijke gedeeltelijke ladingen die worden gevormd wanneer elektronen rond een kern bewegen. Deze zwakke interacties tussen moleculen zijn belangrijk in biologische systemen.

Carrièreverbinding

Radiografisch technicus

Heeft u of iemand die u kent ooit een MRI-scan (magnetic resonance imaging), een mammogram of een röntgenfoto gehad? Deze tests produceren beelden van uw zachte weefsels en organen (zoals bij een MRI of mammogram) of uw botten (zoals gebeurt op een röntgenfoto) met behulp van radiogolven of speciale isotopen (radioactief gelabeld of fluorescerend gelabeld) die worden ingenomen of geïnjecteerd in de lichaam. Deze tests leveren gegevens voor ziektediagnoses door afbeeldingen van uw organen of skeletstelsel te maken.

MRI-beeldvorming werkt door waterstofkernen, die overvloedig aanwezig zijn in het water in zachte weefsels, te onderwerpen aan fluctuerende magnetische velden, waardoor ze hun eigen magnetische veld uitstralen. Dit signaal wordt vervolgens gelezen door sensoren in de machine en geïnterpreteerd door een computer om een ​​gedetailleerd beeld te vormen.

Sommige radiografietechnologen en technici zijn gespecialiseerd in computertomografie, MRI en mammografie. Ze produceren films of afbeeldingen van het lichaam die medische professionals helpen bij het onderzoeken en diagnosticeren. Radiologen werken rechtstreeks met patiënten, leggen machines uit, bereiden ze voor op examens en zorgen ervoor dat hun lichaam of lichaamsdelen correct worden gepositioneerd om de benodigde beelden te produceren. Artsen of radiologen analyseren vervolgens de testresultaten.

Radiografietechnici kunnen werken in ziekenhuizen, dokterspraktijken of gespecialiseerde beeldvormingscentra. De opleiding tot radiografietechnicus vindt plaats in ziekenhuizen, hogescholen en universiteiten die certificaten, associate's degree of bachelor's degree in radiografie aanbieden.


2.1: Chemie van het leven - Biologie

Hoi. Bedankt voor het langskomen. Dit deel van mijn "helppagina's over biologie" gaat over biochemie, een gebied dat veel studenten behoorlijk uitdagend (moeilijk) vinden. Hoewel de ideeën abstract zijn, komt veel van het materiaal neer op onthouden. Memoriseren komt neer op studeren. Studeren komt neer op werken. Werk komt neer op inspanning. Dus, doe je best en laten we aan het werk gaan!


Pagina-index
1. Organisch versus anorganisch
2. Chemische formules
3. Uitdrogingssynthese versus hydrolyse
4. Beoordeling van items #1-3
5. Koolhydraten
6. eiwitten
7. Lipiden
8. Nucleïnezuren

Organische versus anorganische verbindingen:

"Alle levende wezens zijn samengesteld uit een of meer cellen en de producten van die cellen."

Waar heb je dat nou eerder gezien? Dat is 1/3 van de celtheorie, toch? De chemische verbindingen waaruit de structuren in cellen bestaan, zijn een mengsel van organische verbindingen en anorganische verbindingen. Om het simpel te houden, onthoud het zo: organische verbindingen bevatten altijd koolstof en waterstof (en misschien enkele andere elementen), anorganische verbindingen bevatten geen koolstof en waterstof samen.

Organische verbindingen worden gevonden in levende wezens, hun afval en hun overblijfselen.

Voorbeelden van anorganische verbindingen: water, kooldioxide.

De elementen (atomen) in organische verbindingen worden bij elkaar gehouden door covalente bindingen, die ontstaan ​​als gevolg van het delen van twee elektronen tussen twee atomen.

Laten we voorlopig alle andere details over scheikunde bewaren voor scheikunde, oké?

Er zijn drie soorten chemische formules die we moeten begrijpen. De eenvoudigste is de "moleculaire formule", die je het aantal atomen van elk element in een verbinding vertelt. Een "empirische formule" is in feite een molecuulformule met het aantal atomen weergegeven in de kleinst mogelijke verhouding. Een structuurformule is als een diagram van de verbinding. Het laat de aanwezige atomen zien en hoe ze in de verbinding zijn gerangschikt en aan elkaar zijn gebonden.

Hier zijn de moleculaire, empirische en structurele formules voor één verbinding waar we allemaal van zullen leren houden --- GLUCOSE.

CHEMISCHE FORMULES VOOR GLUCOSE

Moleculaire formule Empirische formule Structurele Formule
C6H12O6 CH2O
Glucose is een voorbeeld van een "monosaccharide", een kleine koolhydraat.

  • De molecuulformule vertelt ons dat er 6 koolstofatomen, 12 waterstofatomen en 6 zuurstofatomen zijn in één enkel glucosemolecuul.
  • Merk op dat als je naar de structuurformule kijkt en elke letter (element) optelt, je de molecuulformule krijgt.
  • Elke lijn (streepje) vertegenwoordigt de covalente binding de atomen bij elkaar houden.
  • De verhouding van de elementen in de molecuulformule is 6:12:6, wat terugloopt tot 1:2:1 (het aantal uitgedrukt in de empirische formule: CH2O --- we nemen niet de moeite om de "1" s te schrijven).

Uitdrogingssynthese versus hydrolyse :

Alle organische verbindingen die we zullen bestuderen, zijn voorbeelden van: polymeren. Een polymeer is een grote chemische verbinding die is samengesteld uit kleinere herhalende eenheden --- steeds opnieuw en opnieuw. Zoals een lange choo-choo-trein bestaat uit kleinere, aan elkaar verbonden, herhalende, choo-choo-auto's.

Het chemische proces dat verbindt de kleinere subeenheden om grote organische verbindingen te vormen heet uitdroging synthese. Herinner je je "synthese" uit hoofdstuk 1 nog? Het betekent nog steeds hetzelfde: bouwen. Het gedeelte "uitdroging" van de term verwijst naar het feit dat water verloren gaat tijdens het chemische proces dat de subeenheden aan elkaar bindt. We zullen dit zo "zien" wanneer we specifieker worden.

Hydrolyse is het proces dat pauzes grote organische verbindingen in hun kleinere subeenheden. Het is het tegenovergestelde van dehydratatiesynthese. Bij HYDROlyse wordt water (hydro) toegevoegd en worden de grote verbindingen gesplitst ("lysis" betekent splitsen). Het proces van hydrolyse is betrokken bij de spijsvertering --- wanneer voedsel wordt afgebroken tot voedingsstoffen.

Dus, om samen te vatten:

VERWERKEN BEGINT MET . EINDIGT MET . VOORBEELD
uitdroging synthese kleine moleculen
(subeenheden)
grote moleculen en water
hydrolyse water &
grote moleculen
kleine moleculen
(subeenheden)
spijsvertering
Je doet jezelf een groot plezier als je deze twee processen recht kunt houden.

VRAGEN - Organische verbindingen, formules, uitdrogingssynthese en hydrolyse

Laten we, voordat we ingaan op specifieke soorten organische verbindingen, enkele vragen proberen over wat we tot nu toe hebben gedaan.

1. Wat is een voorbeeld van een organische verbinding?

    OPMERKINGEN:
  • De 2:1 verhouding van waterstof tot zuurstofatomen in alle koolhydraten is een zeer belangrijk identificerend kenmerk.
  • Een andere aanwijzing voor het identificeren van koolhydraten is hun structuur. Monosachariden hebben een ringachtige structuur, een soort zeshoek. Dus als je naar structuurformules kijkt en je "ringen" ziet, is het waarschijnlijk een koolhydraat, vooral als er alleen koolstof, waterstof en zuurstof in het molecuul aanwezig zijn. Wil je zien wat ik bedoel?
    KIJK . RINGEN.
  • De ring-ding is een groot probleem. Het zal je helpen. Onthoud het.
  • Wat we in de bovenstaande vergelijking hebben, zijn twee enkele ringen (monosacchariden) aan de linkerkant die chemisch worden gecombineerd om het tweeringige molecuul aan de rechterkant te vormen (een disaccharide). Het is een synthesereactie --- het product is groter dan de individuele reactanten.
  • Om de twee glucosemoleculen te combineren, moeten bindingen beschikbaar komen. Dit wordt bereikt door een waterstofion (H + ) uit de ene glucose en een hydroxylion (OH - ) uit de andere te verwijderen (de stippellijn in de vergelijking illustreert dit punt). Deze ionen binden zich om het watermolecuul te vormen dat uiterst rechts verschijnt. Dit gebeurt in elke uitdroging synthesereactie --- water gaat verloren als afvalproduct.
  • Als we de pijl in de vergelijking zouden omdraaien en van rechts naar links zouden lezen, zouden we kijken naar de HYDROLYSE van maltose. Bij de hydrolyse van maltose zou water worden toegevoegd aan de disacharide (maltose) waardoor het splitsen in zijn kleinere subeenheden --- de twee monosachariden (glucosemoleculen).
  • Niet om een ​​dood paard te verslaan, maar het feit dat alleen C, H en O in de moleculen zitten en dat de moleculen een ringachtige structuur hebben, zou je veel vertrouwen moeten geven om ze als koolhydraten te identificeren.
  • Terugkomend op de koolhydratentabel, chitine en cellulose zijn voorbeelden van koolhydraten met structurele functies. Chitine is het materiaal waaruit de exoskeletten van alle geleedpotigen bestaan ​​(insecten, spinnen, kreeften, enz.). Cellulose is waar de celwand in plantencellen van is gemaakt.
  • Zetmeel is de vorm waarmee planten extra koolhydraten opslaan. Glycogeen (soms "dierlijk zetmeel" genoemd) is de vorm waarin dieren extra koolhydraten opslaan. We slaan glycogeen op in onze lever.

dipeptide = twee verbonden aminozuren

  • Nou, waar te beginnen. Heb je de "N" in de amiNo-groep opgemerkt? Omdat grote eiwitmoleculen (die we polypeptiden noemen) lange ketens van aminozuren zijn, bevat elk (elk) eiwit stikstof. Altijd.
  • Je bent verantwoordelijk voor het herkennen en identificeren van de kleinere delen van een aminozuur. de NH2 aan de linkerkant is de aminogroep, de COOH aan de rechterkant wordt een carboxylgroep genoemd. De carboxylgroep is verantwoordelijk voor het geven van de aminozuren zijn "zure" eigenschappen.
  • De "R" is geen individueel atoom of element. In plaats daarvan is de "R"-plek de locatie waar een van een aantal groepen atomen zich verbinden met de rest van het aminozuur. Ze worden "variabele groepen" genoemd. Er zijn 20 verschillende variabele groepen --- dus er zijn 20 verschillende aminozuren. Dus wat ik probeer te zeggen is dat de basisstructuur van alle aminozuren hetzelfde is, behalve de variabele groep ("R") plek. En welke van de 20 variabele groepen je daar hebt gebonden, bepaalt met welke van de 20 aminozuren je te maken hebt. Laat ik het illustreren met een voorbeeld:
  • Beide zijn aminozuren omdat ze een aminogroep hebben (NH2) aan de linkerkant & een carboxylgroep (COOH) aan de rechterkant. Het zijn twee verschillende aminozuren omdat ze verschillende atomen hebben die op de plek van de "R"-groep zijn gebonden. Zien ? Dat is niet zo erg, toch?
  • Vertel me eens wat. Door welk proces worden individuele aminozuren gecombineerd tot grotere eiwitten? Heel heel goed . uitdroging synthese. Dit is HET proces waarbij ELKE kleine organische molecule wordt gecombineerd om GROTE organische moleculen te vormen. De dehydratatiesynthese van een eiwit wordt typisch als volgt geïllustreerd:
  • Er zijn twee aanwijzingen dat waar je naar kijkt in de bovenstaande vergelijking uitdrogingssynthese is. De eerste is dat water uiteindelijk een afvalproduct is in dit proces ("uitdroging" = waterverlies!). De 2e aanwijzing is dat het ene molecuul aan de rechterkant (het dipeptide) groter is dan de individuele reactanten (aminozuren) aan de linkerkant (synthese = build).
  • Nu, net als bij het samenvoegen van 2 monosaccariden, kunnen we de twee aminozuren niet combineren totdat we wat bindingen hebben vrijgemaakt. Dit wordt bereikt door een OH van het ene aminozuur en een H van het andere te verwijderen. Deze atomen binden zich en leven nog lang en gelukkig als H2O (water). Het geel in het diagram hierboven is mijn poging om deze idear te benadrukken. De verwijdering van OH's en H's en de vorming van water als afvalproduct vindt plaats in ELKE dehydratatiesynthesereactie --- of het nu gaat om koolhydraten, eiwitten of lipiden.
  • Merk op dat de bindingen die "vrijgemaakt" worden na het verwijderen van water de "peptidebinding" vormen.
  • "Dipeptide" is slechts een woord voor twee aminozuren die aan elkaar zijn gebonden. Als we door zouden gaan met het toevoegen van meer en meer aminozuren aan het dipeptide, zouden we het molecuul een POLYpeptide noemen.
  • Als het je nog niet is opgevallen, is 'peptide' een eiwitwoord. Dipeptide, polypeptide, peptidebinding, --- alle eiwitdingen.
  • De hydrolyse (afbraak) van een dipeptide kan als volgt worden samengevat:

IK DENK DAT WE GEPROBEERD HEBBEN VOOR NU GENOEG IN JE HERSENEN TE VULLEN. WE ZOUDEN BETER ZORGEN DAT SOMMIGE DINGEN VASTVULLEN . GENTERESSEERD IN een quiz? het staat op carbOhyDRAtes & amp EIGENSCHAPPEN. Kom op, probeer het eens.

LIPIDEN : (Vetten, Oliën & Wassen)

Lipiden zijn onze 3e groep van organische verbindingen. Nogmaals, organisch betekent gewoon dat de verbinding samen koolstof en waterstof bevat. In het geval van lipiden bevatten de verbindingen C, H en O, en dat is alles. Geen andere elementen in lipidemoleculen. Nada, geen, zippo, zilch. Alleen die 3. Oké?

Herinner je je een andere groep organische verbindingen die ook met diezelfde 3 elementen is opgebouwd?
Ja, koolhydraten. Dus hoe zorgen we ervoor dat we onze lipiden en koolhydraten niet verwarren? Geen paniek, het is heel simpel. Koolhydraten hebben altijd twee keer zoveel waterstofatomen als zuurstofatomen (H:O-verhouding = 2:1). Lipiden doen dat nooit. Ook hebben de structuurformules van koolhydraten het "ring-ding" (weet je nog?) en lipiden niet.

  • Een vetzuur is niets meer dan een lange C-H-keten met aan het uiteinde een carboxylgroep (COOH). De 3 "punten" in het bovenstaande diagram illustreren dat de ketting erg lang is.
  • Herinner je je de carboxylgroep van aminozuren nog? De carboxylgroep geeft een molecuul een zure eigenschap. Beide organische zuren die u moet onthouden (vetzuren en aminozuren) hebben carboxylgroepen.
  • Glycerol is geclassificeerd als een alcohol (vanwege de OH's). Het ziet er altijd hetzelfde uit: 3 C's met 3 OH's en al het andere H's.
  • Om één lipidemolecuul te bouwen, combineren we: 3 vetzuren met 1 glycerol door het proces van . DEHYDRATIE SYNTHESE !
  • Net als bij andere uitdrogingssynthesereacties, moeten we enkele bindingen vrijmaken voordat we de 3 vetzuren en glycerol combineren. En net als voorheen wordt dit bereikt door watermoleculen te verwijderen. We verwijderen 3 wateren in deze reactie omdat we 3 vetzuren aan de glycerol binden (we hebben 3 vrije bindingen nodig).
  • Merk op dat er nergens stikstof is, dus dit is zeker geen eiwitreactie.
  • Notice also that there are no ring-shaped molecules, so we are not dealing with carbohydrates either.
  • The hydrolysis (digestion) of a lipid could be summarized like so:

NUCLEIC ACIDS: DNA & RNA

  • DNA & RNA (like proteins, carbohydrates, & lipids) are polymers --- long chains of smaller repeating units. The repeating unit in nucleic acids is called a nucleotide.
  • Every nucleotide has the same basic structure:
      • the phosphate is a PO4
      • the sugar (see the ring?) has 5 carbons (one at each corner)
      • the N-base is one of four possibilities (more on that in a second . )
      • so DNA & RNA are alike in that they are both nucleic acids composed of nucleotides
      • their differences lie in their funcstions and structure
      • the main structural differences are the number of strands in the molecule, the sugar structure, and one of the N-bases (thymine in DNA, uracil in RNA)

      Back to Biology Topics Outline

      IF YOU HAVE COMMENTS (GOOD OR BAD) ABOUT THIS OR ANY OF MY BIOLOGY PAGES,CLASSES OR ANYTHING ELSE IN GENERAL, DROP ME A NOTE:
      [email protected]

      ANSWERS : THE CHEMISTRY OF LIVING THINGS

      QUESTIONS : Organic Comp., Formulas, Dehydration Synth. & Hydrolysis Answers & explanations are in black.

      1. Which is an example of an organic compound ?

      C12H22O11 + H2O ---> C6H12O6 + C6H12O6

      * hydrolysis. we know for two reasons : 1) the two molecules we end up with (on the right) are smaller than the one on the left & 2) water is added


      Why Is Chemistry Important to Biology?

      Biology overlaps with chemistry in studying the structure and functions of activities at the molecular level. The principles of chemistry are useful in cell biology because all living cells consist of chemicals and various chemical processes take place in many living organisms.

      An understanding of biology requires some background of chemistry the converse is also true. Biology teaches about organisms and their properties. Organisms are alive because of their chemical composition. Many sciences in biology, including microbiology, plants and animal science, are based on chemistry. Understanding chemical reactions, which are important in sustaining life that take place in organisms, helps in understanding life. For instance, when an organism takes in food with sugar, the cells in the body break down the sugar into energy that helps in the movement of muscles. Similarly, the human body consists of more than 60 kinds of chemicals that facilitate body processes, including thinking, breathing and digestion.

      Biology is the science of life. It studies the structure, function, physiology, behavior, origin, evolution and distribution of living things. Chemistry is the science of the composition, properties, structure, functions and reactions of matter. It deals with the identification of substances that matter is made of, and the study of their properties and the ways in which they associate, combine and alter. Chemistry also explores the application of these reactions to yield new products.


      Chemistry of Organisms

      Ø Elements in the same vertical Family on the periodic table have the same number of electrons in their outermost energy level & react similar (e.g. Family IV, the Carbon family all have 4 electrons in their outermost energy level)

      Ø Atomen are the simplest part of an element that keeps all of the element’s properties

      Ø Atoms are too small to be seen so scientists have developed models that show their structure & properties

      Ø Atoms consist of 3 kinds of subatomic particlesprotonen & neutrons in the center or nucleus, and electrons spinning in energy levels around the center

      Ø The kern is the center of an atom where most of the mass is concentrated

      Ø protonen zijn positief charged ( p+ ), have a mass of 1 amu (atomic mass unit) , are found in the kern, en determine the atomic number of the element

      Example: Carbon has 6 protons so its atomic number is 6

      Ø Neutrons zijn neutrale or have no electrical charge (n), have a mass of 1 amu, are found in the kern, en when added to the number of protons, determine the atomic mass of the element

      Example: Sodium has 11 protons and 12 neutrons so its atomic mass is 11+12=23 amu

      Ø Electrons (e-) zijn negatively charged, high energy particles with little mass Dat spin around the nucleus in energy levels

      Ø Seven energy levels (K, L, M, N, O, P, & Q) exist around the nucleus and each holds a certain number of electrons

      Ø The K energy level is closest to the nucleus & only holds 2 electrons, while the L – Q energy levels can hold 8 electrons


      Biology Textbook MCQ & Test Bank

      Biology is designed to cover the scope and sequence requirements of a typical two-semester biology course for science majors. The text provides comprehensive coverage of foundational research and core biology concepts through an evolutionary lens. Biology includes rich features that engage students in scientific inquiry, highlight careers in the biological sciences, and offer everyday applications. The book also includes clicker questions to help students understand—and apply—key concepts.

      * Complete Textbook by OpenStax
      * Multiple Choices Questions (MCQ)
      * Essay Questions Flash Cards
      * Key-Terms Flash Cards

      Powered by QuizOver.com the leading online quiz creator
      https://www.quizover.com

      Unit 1. The Chemistry of Life
      1. The Study of Life
      2. The Chemical Foundation of Life
      3. Biological Macromolecules
      Unit 2. The Cell
      4. Cell Structure
      5. Structure and Function of Plasma Membranes
      6. Metabolism
      7. Cellular Respiration
      8. Photosynthesis
      9. Cell Communication
      10. Cell Reproduction
      Unit 3. Genetics
      11. Meiosis and Sexual Reproduction
      12. Mendel's Experiments and Heredity
      13. Modern Understandings of Inheritance
      14. DNA Structure and Function
      15. Genes and Proteins
      16. Gene Expression
      17. Biotechnology and Genomics
      Unit 4. Evolutionary Processes
      18. Evolution and the Origin of Species
      19. The Evolution of Populations
      20. Phylogenies and the History of Life
      Unit 5. Biological Diversity
      21. Viruses
      22. Prokaryotes: Bacteria and Archaea
      23. Protists
      24. Fungi
      25. Seedless Plants
      26. Seed Plants
      27. Introduction to Animal Diversity
      28. Invertebrates
      29. Vertebrates
      Unit 6. Plant Structure and Function
      30. Plant Form and Physiology
      31. Soil and Plant Nutrition
      32. Plant Reproduction
      Unit 7. Animal Structure and Function
      33. The Animal Body: Basic Form and Function
      34. Animal Nutrition and the Digestive System
      35. The Nervous System
      36. Sensory Systems
      37. The Endocrine System
      38. The Musculoskeletal System
      39. The Respiratory System
      40. The Circulatory System
      41. Osmotic Regulation and Excretion
      42. The Immune System
      43. Animal Reproduction and Development
      Unit 8. Ecology
      44. Ecology and the Biosphere
      45. Population and Community Ecology
      46. Ecosystems
      47. Conservation Biology and Biodiversity
      Het periodiek systeem der elementen
      Geological Time
      Measurements and the Metric System


      4. Closing Remarks

      Nature's porphyrin allrounder, PPIX, has made its way into a multitude of disciplines all across the natural sciences due to its inherent chemical and physical properties, ready availability, and relevance in biochemistry. Following PPIX's first total synthesis in the late 1920s, synthesis of the core and modification of the substituents of this natural porphyrin have been of keen interest. The propionic acid moieties, vinyl groups and meso-positions of PPIX have been subjected to transformation to introduce functionalities such as solubilizing groups, drugs, targeting and interacting moieties, or to incorporate the porphyrin into polymers and for immobilization on surfaces.

      PPIX and especially its metal complexes serve as functional entities in a plethora of chemical biology applications, some of which have been described in this review. PPIX and its Zn(II) complex act as fluorescent probes in DNA-G-quadruplex-based biosensors. Those have been applied for the detection of nucleic acids, proteins, metal ions, small molecules such as toxins and the monitoring of biochemical processes. The versatility of their applicability implies that in future porphyrin-G-quadruplexes will find entry in smart sensing devices such as biochips.

      PPIX's natural significance as the macrocycle of heme allows it to easily interact with certain biomolecules as well as to enter into and interfere with biological compartments. Incorporation of non-natural metalloporphyrins into hemoproteins renders them as catalysts for redox and electrochemical reactions as well as carbon-carbon and carbon-heteroatom bond formation reactions in vitro. The catalytic activities of these biohybrids can be tuned by the insertion of different metals and modification of the coordination sphere through directed evolution of the protein scaffold. In addition, it is conceivable that synthetic changes to the porphyrin skeleton can be used to modulate binding and orientation of the cofactor in the protein sphere and enhance interactions with substrate molecules, an approach less explored thus far. This might lead to the development of catalysts that show higher catalytic activities and expanded substrate scopes compared to native heme enzymes.

      PPIX metal complexes have also been tested as potential antibiotics by exploiting the natural demand of pathogenic microbes for heme-iron. Tricking these organisms' heme uptake systems into binding and transporting heme analogues can cause fatality either by reduced heme uptake or by the inherent adverse properties of the metalloporphyrins. Such porphyrins could also be exploited as delivery systems for covalently attached drugs to be acquired by bacteria.

      PPIX has found many more applications in various fields such as PDT, imaging, sensing, light harvesting, biomodulation, catalysis and supramolecular chemistry which could not be discussed in detail herein. Furthermore, there is a plethora of uses of native heme and other closely PPIX-related porphyrins such as mesoporphyrin that we could not cover in this review. One classic and noteworthy example in this respect is the development of catalytic antibodies and DNAzymes against N-methyl-mesoporphyrin as a transition state analogue for porphyrin metalation und use of these antibodies to catalyze metal insertions into mesoporphyrin. 97 , 147

      Clearly, PPIX is a molecular scaffold with significant potential in biomedical and materials sciences. Synthetic modifications can improve the performance in existing systems and will further transform uses of the red pigment of life in the development of new applications.

      Dankbetuigingen

      This work was supported by a grant from Science Foundation Ireland (SFI, IvP 13/IA/1894), the Sydney E. Auchinleck Foundation, and an August-Wilhelm Scheer visiting professorship at the Technische Universität München.


      Kunstverbindingen

      Figure In the example below, the scientific method is used to solve an everyday problem. Order the scientific method steps (numbered items) with the process of solving the everyday problem (lettered items). Based on the results of the experiment, is the hypothesis correct? If it is incorrect, propose some alternative hypotheses.

      1. Observatie
      2. Vraag
      3. Hypothesis (answer)
      4. Voorspelling
      5. Experiment
      6. Resultaat
      1. There is something wrong with the electrical outlet.
      2. If something is wrong with the outlet, my coffeemaker also won’t work when plugged into it.
      3. My toaster doesn’t toast my bread.
      4. I plug my coffee maker into the outlet.
      5. My coffeemaker works.
      6. Why doesn’t my toaster work?

      Figure 1: C 2: F 3: A 4: B 5: D 6: E. The original hypothesis is incorrect, as the coffeemaker works when plugged into the outlet. Alternative hypotheses include that the toaster might be broken or that the toaster wasn't turned on.

      Figure Decide if each of the following is an example of inductive or deductive reasoning.


      Figure Locations

      Figuur 7 A synthetic, three-protein oscillatory network. The “repressilator” plasmid encodes three synthetic proteins, each fused to a heterologous promoter such that one protein represses the transcription of the next in a closed negative-feedback loop (TetR represses cI, cI represses LacI, and LacI represses TetR). A reporter plasmid is used to track oscillations in TetR concentration: it contains the TetR-binding sequence upstream of the gene encoding for green fluorescent protein. Reprinted with permission from Elowitz & Leibler (40). Copyright 2001 Nature.


      Wet Beer-Lambert

      Beer-Lambert Law (also known as Beer's Law) states that there is a linear relationship between the absorbance and the concentration of a sample. For this reason, Beer's Law can enkel en alleen be applied when there is a linear relationship. Beer's Law is written as:

      • (A) is the measure of absorbance (no units),
      • (epsilon) is the molar extinction coefficient or molar absorptivity (or absorption coefficient),
      • (l) is the path length, and
      • (c) is the concentration.

      The molar extinction coefficient is given as a constant and varies for each molecule. Since absorbance does not carry any units, the units for (epsilon) must cancel out the units of length and concentration. As a result, (epsilon) has the units: L·mol - 1 ·cm - 1 . The path length is measured in centimeters. Because a standard spectrometer uses a cuvette that is 1 cm in width, (l) is always assumed to equal 1 cm. Since absorption, (epsilon), and path length are known, we can calculate the concentration (c) of the sample.

      Guanosine has a maximum absorbance of 275 nm. (epsilon_ <275>= 8400 M^ <-1>cm^<-1>) and the path length is 1 cm. Using a spectrophotometer, you find the that (A_<275>= 0.70). What is the concentration of guanosine?

      To solve this problem, you must use Beer's Law.

      Next, divide both side by [(8400 M -1 cm -1 )(1 cm)]

      There is a substance in a solution (4 g/liter). The length of cuvette is 2 cm and only 50% of the certain light beam is transmitted. What is the absorption coefficient?

      Using Beer-Lambert Law, we can compute the absorption coefficient. Dus,

      (- log left(dfrac ight) = - log(dfrac<0.5><1.0>) = A = <8>epsilon)

      In example 2 above, how much is the beam of light is transmitted when 8 g/liter ?

      Since we know (epsilon), we can calculate the transmission using Beer-Lambert Law. Dus,

      (log(1) - log(I_t) = 0 - log(I_t)) = 0.0376 x 8 x 2 = 0.6016

      In example 2 above, what is the molar absorption coefficient if the molecular weight is 100?

      It can simply obtained by multiplying the absorption coefficient by the molecular weight. Dus,

      (epsilon) = 0.0376 x 100 = 3.76 L·mol - 1 ·cm - 1

      The absorption coefficient of a glycogen-iodine complex is 0.20 at light of 450 nm. What is the concentration when the transmission is 40 % in a cuvette of 2 cm?


      Bekijk de video: 71 Koolhydraten - scheikunde - (Januari- 2022).