scheikunde in de biologie 1

• Biologie
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 5

scheikunde in de biologie

Wat moet je kennen? 

Begrippen:

- atoom, molecuul, ion, proton, elektron

- molecuulformule, structuurformule

- reagentia

- reactievergelijking, evenwichtsreacties, katalysator

- water- of vetoplosbaar (hydrofiel/polair, hydrofoob/apolair/lipofiel), verzadiging

- zuren en basen, pH, indicatoren

- aminozuren, eiwitten, peptidebinding

- reductie en oxidatie

- waterstof- en zwavelbruggen

wat moet je kennen?

Namen en formules van de volgende stoffen: 

ammoniak, calcium, fosfaat, ijzer, kalium, koolstofdioxide, methaan, natriumchloride, nitraat, stikstof en water;

Grootheden en eenheden: 

concentratie (mol/L of g/L), massapercentage,

volumepercentage, ppm.

Het atoommodel volgens Rutherford (1911)

Een atoom bestaat uit een positief geladen kern met daaromheen negatief geladen elektronen die in banen (orbitalen) om de kern heen cirkelen.

De kern bestaat uit meerdere delen (zie volgende slide)

Atoombouw

Een atoom is opgebouwd uit protonen, neutronen en elektronen.
De 1⁺ geladen protonen (p) en de ongeladen neutronen (n) bevinden zich in de atoomkern.
De 1⁻ geladen elektronen (e^-)bevinden zich in een wolk rond de atoomkern.

Atoombouw

Een atoom bestaat uit:

- elektronen (-)

- protonen (kern) (+)

- neutronen (kern)(o)

atomen

Atomen zijn de kleinste deeltjes die de elementen vormen. In het periodiek systeem staan de elementen afgebeeld.

Meerdere atomen die met elkaar verbonden zijn noemen we een molecuul.

Periodiek Systeem

van atoom naar molecuul 

Voorbeelden van elementen die je bij biologie tegenkomt:

H - waterstof

C- koolstof

O- zuurstof

N- stikstof

S- zwavel

P- fosfor

Cl- chloor

Na- natrium

K- kalium

Ca- calcium

atoombinding

• elementen/atomen kunnen met elkaar verbonden zijn via een atoombinding, ook wel covalente binding genoemd
• sommige atomen kunnen meerdere bindingen met andere atomen aangaan. 
• Het aantal bindingen per atoom wordt bepaald door de covalentie van een atoom.

Covalenties van enkele atoomsoorten

Covalenties en bindingen

• De covalentie van een atoom geeft dus aan hoeveel bindingen het atoom met een ander atoom aan kan gaan.
• Een molecuul bestaat uit een aantal atomen die met elkaar verbonden zijn. bv methaan bestaat uit 1 C- atoom met daaraan vast 4 H-atomen. C heeft een covalentie van 4 en H heeft een covalentie van 1. De C kan dus 4 atomen binden en iedere H kan 1 atoom binden

Covalenties en bindingen

Je kunt methaan op 2 manieren weergeven:

• als Molecuulformule: CH₄ (Achter de H komt het cijfer 4 in subscript, omdat er 4 x een H voorkomt in het molecuul)
  
• als Structuurformule: (de bindingen zijn weergegeven als streepjes) 

reactievergelijkingen

• Bij reactievergelijkingen wordt gebruik gemaakt van  molecuulformules.
• Voor de pijl staan de stoffen die met elkaar reageren, na de pijl staan de reactieproducten.
• De pijl geeft de richting aan
• Voor en na de pijl moeten de aantallen atomen hetzelfde zijn

voorbeeld van een reactievergelijking in de biologie

Fotosynthesereactie: 6CO₂ + 12H₂O+ E --> C₆H₁₂O₆ + 6H₂O + 6O₂

• De 6 voor de CO₂ betekent dat er 6 moleculen CO₂ reageren.
• De E betekent dat er energie wordt toegevoegd, in dit geval energie uit zonlicht.
• Dit is een biologische reactievergelijking. In de scheikunde zal men de E niet gebruiken en zal men de reactievergelijking vereenvoudigen, door aan beide kanten 6 watermoleculen weg te halen.

belangrijke structuurformules

glucose: 

aminozuren:  

belangrijke structuurformules

vetten: triglyceride, bestaat uit 1 glycerol (rood gedeelte) en 3 vetzuren (geel gedeelte) 

verzadigd vs onverzadigd

Verzadigd: het maximaal aantal atoombindingen per atoom is benut door een ander atoom (bv methaan CH₄. De C (covalentie 4) heeft een binding met 4 H-atomen

Onverzadigd: er zijn meer bindingen mogelijk dan er atomen zijn, er treedt een dubbele binding op. (bv etheen C₂H₄. Beide C-atomen hebben een verbinding met 3 andere atomen, terwijl ze plek voor 4 hebben.

verschil verzadigde en onverzadigde vetzuren

condensatie- en hydrolysereacties

Condensatiereactie: Als losse moleculen samengevoegd worden tot een groter molecuul dan komt daar een watermolecuul bij vrij. (ezelsbrug: als water condenseert in bv de badkamer vormen er zich waterdruppeltjes op de spiegel)

Hydrolysereactie: Als grote moleculen in stukken "geknipt" worden, wordt er water gesplitst en worden de lossen OH en H atomen ingevoegd in deze losse stukken (ezelsbrug: Hydro = water, lysis = splitsen; denk aan lysosoom)

voorbeeld van een condensatiereactie bij vetten

De blauwe H en OH worden van de moelculen afgehaald om een triglyceride te vormen. Deze OH en H worden samen water.

condenstatiereactie bij eiwitten

Een OH en een H wordt van de aminozuren afgehaald om een eiwitketen te maken. Deze OH en H worden samen water

hydrolyse bij een eiwitketen

Water wordt gesplitst en ingebouwd in de losse aminozuren