Chemie van het leven Vragen bij deoefen- en zelftoets-module behorende bij hoofdstuk 2, 3, 4 en 5 van Unit 1 van Biology, Campbell,10 e druk Versie 2014-2015 Chemische achtergrond van leven 1. Atoomnummer en -massa... geeft het element... aan. A. Wat is het atoomnummer? B. Wat is de atoommassa? C. Hoeveel neutronen bevat dit element? D. Hoeveel elektronen bevat dit element? E. Hoeveel elektronen bevat dit element in de buitenste schil (valentie-elektronen)? Teken eventueel de eleketronenverdeling over de schillen. 2. Gewicht en dalton... geeft het element... aan. A. Wat weegt 1 atoom van dit element? B. Uit hoeveel moleculen bestaat een mol van dit element? C. Hoeveel gram weegt een mol van dit element? 1
3. C14 12 6 C geeft het element koolstof aan. 13 6C kan ook het element koolstof aangeven. A. Wat is er veranderd bij de tweede vorm van koolstof? B. Er bestaat ook een 14 6C. Hoe noemt men deze verschillende vormen van één element? C. 14 6C vervalt tot normale stikstof (N) onder afgifte van energie: 14 6C Wat is er gebeurd tijdens dit vervallen van C-14? 14 7 N + energie. 4. Chemisch gedrag Hier zie je een aantal elementen met bijbehorend atoomgetal en atoommassa. Welk element zal chemisch gedrag vertonen dat het meest lijkt op dat van zuurstof? 5. Binding van atomen In deze figuur is het molecuul methaan weergegeven. Hoe heet de binding tussen de atomen in dit molecuul? 6. Polaire bindingen Je ziet hier moleculen waterstof, zuurstof, water en methaan. waterstof: H 2 zuurstof: O 2 water: H 2 O methaan: CH 4 A. Geef aan of bij deze moleculen sprake is van een polaire of een non-polaire covalente binding. B. Geef van de bindingen tussen C en H van methaan aan waarom ze polair of niet-polair zijn. 2
7. Elektronegativiteit Hier zie je een deel van de periodieke tabel, met daarin aangegeven de elektronegativiteit van elk element. A. Wat ontstaat er als twee atomen nauwelijks verschillen in elektronegativiteit? B. Wat ontstaat er als twee atomen zeer sterk verschillen in elektronegativiteit? Vul in: 0-0,5:... binding (dit wordt in de COO bij C gegeven) 0,5-1,6:... binding 1,6 en hoger:... binding C. Geef van de volgende verbindingen aan welk type binding ze hebben. stof verschil type binding CH 4 PH 3 O 2 H 2 O HCl SO 3 CO 2 NH 3 NaCl NaF SiO 2 3
8. Covalente combinatie Het molecuul CO 2 kun je ook in een elektronendistributie-diagram weergeven.hieronder is dit al gegeven, maar dan zonder de elektronen. Zuurstof heeft atoomnummer 8, koolstof 6. A. Teken de elektronen op de juiste plaatsen in. B. Hieronder staan de kernen van de atomen natrium en flouride. Natrium heeft atoomnummer 11, fluoride 9. Geef voor elk in het elektronendistributie-diagram de schillen en de elektronen aan. C. Teken het elektronendistriebutie-diagram van het molecuul NaF. D. Hoe heet deze binding? 4
Water 9. Oppervlaktespanning A. Dankzij de oppervlaktespanning van water kunnen sommige insecten op het water lopen zonder er doorheen te zakken. Hoe ontstaat deze grote oppervlaktespanning? B. Water wordt gebruikt om te koelen, of juist om te verhitten (centrale verwarming). Water is daar zo geschikt voor omdat het een relatief hoge specifieke warmte heeft. Wat veroorzaakt deze grote specifieke warmte? 10. Waterstofbruggen A. Waartussen worden waterstofbruggen gevormd? B. Teken de waterstofbruggen aan die een watermolecuul kan vormen. 11. Watertransport A. Door de waterstofbruggen worden de watermoleculen bij elkaar gehouden en kun je bijvoorbeeld een glas tot boven de rand vullen. Hoe noem je dit bij elkaar houden van moleculen van dezelfde soort ook wel? B. De kracht uit vraag A zorgt ervoor dat regen in druppels blijft. Wat zorgt er echter voor dat regendruppels aan het gras blijven hangen, en er niet afvallen? C. Bij planten stroomt het water van de wortels naar de bladeren door dunne vaten. Het wordt voornamelijk naar boven 'gezogen' door de verdamping van water in de bladeren. Welke kracht is belangrijk bij dit watertransport? 5
12. Specifieke warmte Hier zie je twee containers: één met water en één met methanol (CH 4 ). Op beiden worden identieke hittelampen gericht. Na 20 minuten is de warmste container van 20 naar 40 ºC opgewarmd. Teken in de grafiek wat er gebeurt met de temperatuur van beide containers over de tijd. 13. ph In een oplossing is de [H + ]-concentratie 3,2 10-4 mol/l. A. Wat is de ph van deze oplossing? In een oplossing is de [OH - ]-concentratie 4 10-4 mol/l. B. Wat is de ph van deze oplossing? 6
Koolwaterstoffen 14. Isomeren Isomeren zijn moleculen die dezelfde atomen bevatten, maar toch een verschillende structuur hebben. Er zijn verschillende typen isomeren. Noem er drie. 1 2 3 15. Structurele isomeren Het organische molecuul met de structuurformule C 6 H 14 heeft verschillende structurele isomeren. Welke van de onderstaande koolstofskeletten is geen structurele isomeer? 16. Enantiomeren Zijn onderstaande moleculen enantiomeren van elkaar? 17. Hydroxylgroep Dit is een organisch molecuul met verschillende groepen. In de volgende vragen moet je een aantal van deze groepen aangeven. Doe dat voor alle vragen in de onderstaande afbeelding. A. Geef de hydroxylgroep aan. B. Hoe noemt men moleculen met een hydroxylgroep aan het uiteinde? C. Wat is een belangrijke eigenschap van stoffen met hydroxylgroepen? 7
18. Carbonylgroep A. Geef bij vraag 17 de carbonylgroep aan. B. Hoe noemt men moleculen met een carbonylgroep aan het uiteinde? C. Hoe noemt men moleculen met een carbonylgroep in het midden? D. Aceton en propanal hebben beide de structuurformule C 3 H 6 O. Wat zijn zij van elkaar? E. Beide vormen komen voor in een bepaalde groep van organische moleculen. Op grond hiervan worden deze in twee groepen verdeeld: de aldoses en de ketoses. Welke groep organische moleculen is dit? 19. Carboxylgroep A. Geef bij vraag 17 de carboxylgroep aan. B. Wat is een belangrijke eigenschap van stoffen met een carboxylgroepen? 20. Aminogroep A. Geef bij vraag 15 de aminogroep aan. B. Hoe noemt men moleculen met een aminogroep aan het uiteinde? C. Wat is een belangrijke eigenschap van stoffen met een aminogroep? 21. Zure aminen A. Hoe noemt men moleculen met zowel een carboxylgroep als een aminogroep aan het uiteinde? B. Bij een ph lager dan 9 is de aminogroep van zo een molecuul geïoniseerd; bij een ph hoger dan 2 de carboxylgroep. Teken hoe het er bij neutrale ph (zoals in de cel) uitziet. 8
C. Hoe noem je het molecuul in deze toestand? D. Teken nu hoe het eruit ziet bij ph=1 en ph=11 E. Bij welke ph is geen van de groepen geïoniseerd? F. In deze grafiek is de concentratie van de verschillende vormen van het molecuul uitgezet tegen de ph. Zet de juiste tekst bij de pijlen. 22. pka Een zuur HA dissocieert in water in H + en A -. Bij zwakke zuren ontstaat een evenwicht: HA H + + A - De zuurconstante K a is een maat voor de sterkte van een zuur. K a = De pk [A - ] [H + ] [A - ] a = -log (K a ) = -log( ) = -log - log [H + ] [AH] [AH] [A - ] -log [H + ] = ph, dus pk a = ph - log [AH] [A - ] [H + ] [AH] Als ph = pk [A - ] a, dan betekent dat dat log = 0, en dat is als [A - ] = [AH]. [AH] De pk a -waarde van het amino-terminaal aminozuur is gelijk aan 8.0. Hoeveel zijn er van de vormen 1, 2, 3 en 4 aanwezig bij ph=8? 9
23. Zwavelgroep Hier zie je het molecuul cysteïne. Dit is een aminozuur met een zwavelgroep (-SH): de sulfhydrylgroep. A. Wat is een belangrijke eigenschap van deze groep? B. Teken een zwavelbrug. 24. Energiegroep Eén bepaalde groep speelt een belangrijke rol bij energieoverdracht bij cellulaire processen. A. Welke groep is dat? Antwoord: B. Hier zie je een glycerol.vervang de H aan het uiteinde door de energie-overdragende groep. H 25. Organische energieoverdracht Sommige organische moleculen kunnen tot wel drie van deze groepen achter elkaar binden. Door het afstaan en binden van de groepen wordt energie overgedragen. De belangrijkste energiebron vormt op deze manier adenosine. A. Hoe kort men deze stof af als er drie van deze groepen aan zijn gekoppeld? B. Geef de reactievergelijking voor wanneer deze stof met drie groepen energie afgeeft. 10
Suikers, vetten en eiwitten 26. Polymerisatie A. Welk molecuul komt er bij polymerisatie vrij? B. Hoe noemt men de reactie bij polymerisatie? En bij polymerisatie? 27. Polymeren van glucose In de natuur wordt het suikermolecuul glucose vaak gepolymeriseerd tot structuren voor opslag of voor stevigheid. De polymeren kunnen verschillen in vorm van glucose (a of b), en aantal vertakkingen. A. Noem drie verschillende stoffen in de natuur die polymeren van glucose zijn. 1 2 3 B. Dit is het molecuul glucose. Deze heeft verschillende -H en -OHgroepen, en kan dus makkelijk polymeriseren. Er zijn echter twee isomeren van glucose (α en β), wat bij polymerisatie ook tot verschillende producten leidt. Deze isomeren ontstaan doordat de OH-groep aan het aangegeven molecuul (C5) boven of onder het vlak van de ring kan zitten. Wat ontstaat bij polymerisatie van α-glucose? En wat bij β-glucose? C. Cellulose wordt bij planten voor stevigheid gebruikt. Bij dieren en schimmels wordt een andere polymeer voor stevigheid gebruikt: een polymeer van acetylglucosamine, een glucose met een stikstofhoudende groep. De monomeer en de polymeer hebben dezelfde naam. Hoe heet deze stof? 11
28. Vetten A. Uit welke moleculen is een vet opgebouwd?: B. Wanneer noem je een vet onverzadigd? 29. Lipiden Soms heeft een glycerol geen 3 maar 2 vetzuurstaarten. De derde plek wordt ingenomen door een choline, die via een fosfaat aan het glycerol is gebonden. A. Hoe noemt men een dergelijk molecuul? B. Wat is een typische eigenschap van dergelijke moleculen? C. Geef het deel aan dat hydrofiel is. D. Deze moleculen worden vaak weergegeven als een bolletje met twee staarten. In water vormen ze een dubbelmembraan: twee tegen elkaar gelegen membranen. Teken hoe deze moleculen in een dubbelmembraan liggen. 30. Structuur aminozuur Geef de structuurformule van een aminozuur. 31. Hydrofobe en fiele aminozuren Teken de vier aminozuren van deze vraag hieronder en geef aan of ze hydrofoob of hydrofiel zijn. 12
32. Polymeren van aminozuren Een keten van gekoppelde aminozuren vormt een eiwit. Hiervoor worden aminozuren aan elkaar gekoppeld met een peptidebinding. A. Welk molecuul komt vrij bij een peptidebinding? B. Teken een peptidebinding tussen twee aminozuren. Structuur van eiwitten 33. Secundaire structuur Eiwitten kennen een primaire, secundaire, tertiaire en quaternaire structuur. De primaire structuur is de aminozuurvolgorde. Welk soort interacties zijn verantwoordelijk voor de secundaire structuur van eiwitten? 34. Tertiaire structuur Welk soort interacties zijn verantwoordelijk voor de tertiaire structuur van eiwitten? 35. Organisch oplosmiddel Wat gebeurt er met een eiwit als je het opneemt in een organisch oplosmiddel (zoals benzeen, chloroform of ureum)? 36. Herstel denaturatie Als je koorts hebt, ontvouwen de eiwitten in de cel zich gedeeltelijk, en raken daardoor gedenatureerd. Welke structuren zorgen weer voor herstel? 13
Nucleïnezuren 37. Nucleotide samenstellen Een DNA-keten wordt gevormd door afzonderlijke nucleotiden samen te voegen. Geef in het DNA-molecuul hiernaast de verschillende onderdelen van één nucleotide aan. 38. Oorsprong naamgeving Nucleotiden komen algemeen voor in de cel, maar zijn vernoemd naar het celcompartiment waar zij voor het eerst zijn aangetoond. Welk celcompartiment is dat? 39. Nucleotide zonder fosfaat Hoe noemen we een molecuul dat slechts uit een suiker en een base bestaat? 40. Fosfaat aan nucleoside Voor de vorming van een nucleotide moet een fosfaatgroep worden toegevoegd aan dat molecuul uit de vorige vraag. Geef in één van beide moleculen uit de vorige vraag het koolstofatoom aan waaraan de fosfaatgroep wordt gekoppeld. 41. Verbindingen in nucleotide De base en de fosfaatgroep van een nucleotide zijn beide via een specifieke binding aan het suiker gekoppeld. A. Hoe noemen we de binding tussen een suiker en een base? B. Hoe noemen we de binding tussen een suiker en een fosfaatgroep? 14
42. Bouwstenen benoemen Geef in de figuur uit vraag 34 de elementaire bouwstenen suiker, base en fosfaat aan. 43. RNA/DNA verschil suiker RNA- en DNA-polynucleotiden vertonen een grote overeenkomst, maar verschillen op een aantal punten van elkaar. A. Waarin verschillen de suikermoleculen van RNA en DNA chemisch van elkaar? Ribose heeft in tegenstelling tot deoxyribose een extra... B. Op welk koolstofatoom van ribose bevindt zich deze? 44. Nucleotide RNA of DNA Is dit nucleotide een bouwsteen van RNA of van DNA? 15