Biochemie
1 Biomoleculen .............................................................................................................................................. 5
1.1 Aminozuren .................................................................................................................................................5
1.1.1 Verschillende klassen van Aminozuren ..................................................................................................... 5
1.1.2 Verband tussen structuur en functie ......................................................................................................... 5
1.2 Suikers ........................................................................................................................................................7
1.2.1 Monosachariden en disachariden............................................................................................................. 7
1.2.2 Polysachariden ........................................................................................................................................ 9
1.2.3 Glycoconjugaten ................................................................................................................................... 11
1.2.4 Lectines ................................................................................................................................................ 12
1.3 Vetten........................................................................................................................................................ 12
1.3.1 Vetzuren................................................................................................................................................ 13
1.3.2 Triglyceriden .......................................................................................................................................... 13
1.3.3 Glycerofosfolipiden (=fosfolipiden) ......................................................................................................... 13
1.3.4 Sfingolipiden ......................................................................................................................................... 14
1.3.5 Sterolen ................................................................................................................................................ 14
1.3.6 Fosfatidylinositols ................................................................................................................................. 14
1.3.7 Eicosanoïden ........................................................................................................................................ 14
2 Bio-energetica ........................................................................................................................................... 15
2.1 Soorten arbeid die cellen moeten verrichten................................................................................................ 15
2.2 Energie en moleculaire omzettingen om cellulaire arbeid te kunnen verrichten .............................................. 15
2.3 Energie opslaan in de cel ............................................................................................................................ 15
2.4 Ongunstige reacties die opgaan .................................................................................................................. 15
2.5 Spontane reacties met een hoge activeringsenergie sneller laten verlopen .................................................... 16
2.6 Welk soort thermodynamisch systeem is een levend organisme? ................................................................. 16
2.6.1 Soorten systemen.................................................................................................................................. 16
2.6.2 De 2e wet van de thermodynamica .......................................................................................................... 16
2.6.3 De 1e wet van de thermodynamica .......................................................................................................... 16
2.7 Vrije energie ............................................................................................................................................... 16
2.8 Hoge-energie bindingen ............................................................................................................................. 17
2.8.1 Wat zijn hoge-energie verbindingen? ....................................................................................................... 17
2.8.2 ATP is een hoge-energieverbinding.......................................................................................................... 17
2.8.3 De rol van verbindingen met nog hogere energie dan ATP ......................................................................... 17
2.8.4 ATP-gedreven reacties............................................................................................................................ 18
2.9 Waarom en hoe oxideren wij voedingsmoleculen? ....................................................................................... 19
2.9.1 Waarom onttrekken wij de elektronen aan voedingsmoleculen? ............................................................... 19
2.9.2 Elektroncarriers ..................................................................................................................................... 19
3 Eiwitten ..................................................................................................................................................... 20
3.1 Eiwitstructuur ............................................................................................................................................ 20
3.1.1 Primaire structuur.................................................................................................................................. 20
3.1.2 Secundaire structuur ............................................................................................................................. 20
3.1.3 Tertiaire structuur .................................................................................................................................. 22
1
, 3.1.4 Quaternaire structuur ............................................................................................................................ 25
3.2 Eiwitvouwing .............................................................................................................................................. 25
3.2.1 De proteïnedenaturatie-renaturatie-experimenten van Anfinsen .............................................................. 25
3.2.2 Door welke krachten wordt het vouwen van eiwitten bepaald? ................................................................. 25
3.2.3 Kunnen eiwitten altijd spontaan vouwen? ............................................................................................... 26
3.2.4 Foutief plooien van eiwitten kan ziekten veroorzaken ............................................................................... 28
3.3 Eiwitwerking .............................................................................................................................................. 29
3.3.1 Principes van eiwitwerking ..................................................................................................................... 29
3.3.2 Eiwitten werken door binding aan liganden.............................................................................................. 29
3.3.3 Eiwitwerking: Myoglobine (Mb) en Hemoglobine (Hb)............................................................................... 29
3.3.4 Antisto]en ............................................................................................................................................ 31
3.3.5 Proteïne-interacties gemoduleerd door chemische energie ..................................................................... 32
4 Enzymen .................................................................................................................................................... 32
4.1 Wat zijn enzymen? ..................................................................................................................................... 32
4.1.1 Wat doet een enzym? ............................................................................................................................. 32
4.1.2 Nomenclatuur van enzymen................................................................................................................... 33
4.1.3 Opbouw van enzymen............................................................................................................................ 33
4.2 Hoe werken enzymen? ............................................................................................................................... 35
4.2.1 Thermodynamische beschouwingen ...................................................................................................... 35
4.2.2 Mechanische beschouwingen ................................................................................................................ 35
4.2.3 Werking van enzymen door herschikking van bindingen ........................................................................... 37
4.3 Enzyme kinetica ......................................................................................................................................... 38
4.3.1 Factoren die de gekatalyseerde reactiesnelheid beïnvloeden ................................................................... 38
4.3.2 De Michaelis-Mentenvergelijking en de daarvan afgeleide kinetische parameters ..................................... 39
4.3.3 Enzyminhibitie ....................................................................................................................................... 40
4.4 Regeling van enzym activiteit ...................................................................................................................... 40
4.4.1 Allosterische regeling ............................................................................................................................. 40
4.4.2 Regeling door fosforylatie ....................................................................................................................... 41
4.4.3 Regeling door proteolyse ........................................................................................................................ 41
4.4.4 Regeling door G-proteïnen ..................................................................................................................... 41
4.5 Klinisch belang van enzymen ...................................................................................................................... 41
4.5.1 Pathofysiologie ...................................................................................................................................... 42
5 Glycolyse en fermentatie............................................................................................................................ 42
5.1 De glycolyse .............................................................................................................................................. 42
5.1.1 Stappenplan van de glycolyse ................................................................................................................ 42
5.2.3 Energieopbrengst van de glycolyse ......................................................................................................... 46
5.3 Verdere omzettingen van Pyruvaat .............................................................................................................. 47
5.3.1 Omzetting naar lactaat........................................................................................................................... 47
5.3.2 Omzetting naar ethanol.......................................................................................................................... 47
5.3.3 Omzetting naar Acetyl-CoA of oxaalazijnzuur .......................................................................................... 47
5.4 Andere suikers als ‘brandstof’ voor glycolyse ............................................................................................... 48
5.4.1 Monosachariden ................................................................................................................................... 48
5.4.2 Poly- en disachariden ............................................................................................................................ 48
5.5 Lactose intolerantie ................................................................................................................................... 49
5.6 Metabolisme van glycerol ........................................................................................................................... 49
2
,6 Krebscyclus ............................................................................................................................................... 49
6.1 Bronnen voor de vorming van acetyl-CoA .................................................................................................... 50
6.1.1 Uit pyruvaat ........................................................................................................................................... 50
6.1.2 Uit vetzuren ........................................................................................................................................... 52
6.1.3 Uit ethanol ............................................................................................................................................ 54
6.2 De Krebscyclus .......................................................................................................................................... 54
6.2.1 De stappen van de Krebscyclus .............................................................................................................. 54
6.2.2 Energieopbrengst .................................................................................................................................. 57
6.3 De plaats van de Krebscyclus in het celmetabolisme ................................................................................... 57
6.3.1 Componenten zijn belangrijke biosynthetische intermediairen ................................................................ 58
6.3.2 Aminozuurafbraak verloopt gedeeltelijk via de Krebscyclus ...................................................................... 58
6.3.3 Anaplerotische reacties houden de Krebscyclus intermediairen op peil .................................................... 58
6.4 Regeling van de Krebscyclus ....................................................................................................................... 59
6.4.1 Regeling van het PDH complex ............................................................................................................... 59
7 Elektrontransport en oxidatieve fosforylatie ................................................................................................ 60
7.1 Mitochondriale anatomie............................................................................................................................ 60
7.2 Mitochondriale ATP-productie in een notendop ............................................................................................ 60
7.2.3 Beweging van elektronen........................................................................................................................ 61
7.3 Mitochondriale ATP-productie in detail ........................................................................................................ 62
7.3.1 De complexen van het ET ....................................................................................................................... 62
7.3.2 Hoe worden protonen gepompt? ............................................................................................................ 63
7.3.3 ATP-aanmaak door ATP-synthase............................................................................................................ 65
7.3.3.3 Werking van ATP-synthase ................................................................................................................. 65
7.3.4 NADH in de mitochondriën brengen........................................................................................................ 66
7.4 Energieopbrengst van ET en Oxyfos ............................................................................................................. 67
7.5 Regeling van ET en Oxyfos........................................................................................................................... 67
7.6 ONTregeling van ET en Oxyfos ..................................................................................................................... 67
7.6.1 Cyanide en CO ...................................................................................................................................... 67
7.6.2 Rotenone .............................................................................................................................................. 67
7.6.3 DNP (Dinitrofenol) ................................................................................................................................. 67
7.6.4 Thermogenine (uncoupling protein) ........................................................................................................ 68
8 Regeling van celproliferatie en celdood ....................................................................................................... 68
8.1 Waarom celding en celdood bestuderen? .................................................................................................... 68
8.1.1 Kanker .................................................................................................................................................. 68
8.1.2 Neurodegeneratieve ziekten (Alzheimer, Parkinson. ALS) ......................................................................... 70
8.1.3 AIDS...................................................................................................................................................... 70
8.1.4 Auto-immuunziekten ............................................................................................................................. 70
8.2 De celcyclus en zijn regeling ....................................................................................................................... 70
8.2.1 De fasen van de celcyclus ...................................................................................................................... 70
8.2.2 Eigenschappen van de centrale regelaar(s) van de celcyclus.................................................................... 71
8.2.3 Celcyclusregeling .................................................................................................................................. 72
8.3 Apoptose en haar regeling .......................................................................................................................... 76
8.3.1 Onderscheid tussen apoptose en necrose .............................................................................................. 76
8.3.2 Apoptose is belangrijk voor de normale fysiologie ................................................................................... 77
8.3.3 Basismechanisme van apoptose ............................................................................................................ 78
8.3.4 Ontdekking van het mechanisme van apoptose ...................................................................................... 79
3
, 8.3.5 Structuur, activering en werking van caspasen ........................................................................................ 80
8.3.6 Signalen die leiden tot apoptosis ............................................................................................................ 80
8.3.7 Remming van apoptose ......................................................................................................................... 82
8.3.8 De rol van p53 in respons op cellulaire stress .......................................................................................... 82
8.3.9 Verloopt elke geprogrammeerde celdood via caspasen?.......................................................................... 84
8.3.10 Ubiquitine en het proteasoom ............................................................................................................ 84
4
1 Biomoleculen .............................................................................................................................................. 5
1.1 Aminozuren .................................................................................................................................................5
1.1.1 Verschillende klassen van Aminozuren ..................................................................................................... 5
1.1.2 Verband tussen structuur en functie ......................................................................................................... 5
1.2 Suikers ........................................................................................................................................................7
1.2.1 Monosachariden en disachariden............................................................................................................. 7
1.2.2 Polysachariden ........................................................................................................................................ 9
1.2.3 Glycoconjugaten ................................................................................................................................... 11
1.2.4 Lectines ................................................................................................................................................ 12
1.3 Vetten........................................................................................................................................................ 12
1.3.1 Vetzuren................................................................................................................................................ 13
1.3.2 Triglyceriden .......................................................................................................................................... 13
1.3.3 Glycerofosfolipiden (=fosfolipiden) ......................................................................................................... 13
1.3.4 Sfingolipiden ......................................................................................................................................... 14
1.3.5 Sterolen ................................................................................................................................................ 14
1.3.6 Fosfatidylinositols ................................................................................................................................. 14
1.3.7 Eicosanoïden ........................................................................................................................................ 14
2 Bio-energetica ........................................................................................................................................... 15
2.1 Soorten arbeid die cellen moeten verrichten................................................................................................ 15
2.2 Energie en moleculaire omzettingen om cellulaire arbeid te kunnen verrichten .............................................. 15
2.3 Energie opslaan in de cel ............................................................................................................................ 15
2.4 Ongunstige reacties die opgaan .................................................................................................................. 15
2.5 Spontane reacties met een hoge activeringsenergie sneller laten verlopen .................................................... 16
2.6 Welk soort thermodynamisch systeem is een levend organisme? ................................................................. 16
2.6.1 Soorten systemen.................................................................................................................................. 16
2.6.2 De 2e wet van de thermodynamica .......................................................................................................... 16
2.6.3 De 1e wet van de thermodynamica .......................................................................................................... 16
2.7 Vrije energie ............................................................................................................................................... 16
2.8 Hoge-energie bindingen ............................................................................................................................. 17
2.8.1 Wat zijn hoge-energie verbindingen? ....................................................................................................... 17
2.8.2 ATP is een hoge-energieverbinding.......................................................................................................... 17
2.8.3 De rol van verbindingen met nog hogere energie dan ATP ......................................................................... 17
2.8.4 ATP-gedreven reacties............................................................................................................................ 18
2.9 Waarom en hoe oxideren wij voedingsmoleculen? ....................................................................................... 19
2.9.1 Waarom onttrekken wij de elektronen aan voedingsmoleculen? ............................................................... 19
2.9.2 Elektroncarriers ..................................................................................................................................... 19
3 Eiwitten ..................................................................................................................................................... 20
3.1 Eiwitstructuur ............................................................................................................................................ 20
3.1.1 Primaire structuur.................................................................................................................................. 20
3.1.2 Secundaire structuur ............................................................................................................................. 20
3.1.3 Tertiaire structuur .................................................................................................................................. 22
1
, 3.1.4 Quaternaire structuur ............................................................................................................................ 25
3.2 Eiwitvouwing .............................................................................................................................................. 25
3.2.1 De proteïnedenaturatie-renaturatie-experimenten van Anfinsen .............................................................. 25
3.2.2 Door welke krachten wordt het vouwen van eiwitten bepaald? ................................................................. 25
3.2.3 Kunnen eiwitten altijd spontaan vouwen? ............................................................................................... 26
3.2.4 Foutief plooien van eiwitten kan ziekten veroorzaken ............................................................................... 28
3.3 Eiwitwerking .............................................................................................................................................. 29
3.3.1 Principes van eiwitwerking ..................................................................................................................... 29
3.3.2 Eiwitten werken door binding aan liganden.............................................................................................. 29
3.3.3 Eiwitwerking: Myoglobine (Mb) en Hemoglobine (Hb)............................................................................... 29
3.3.4 Antisto]en ............................................................................................................................................ 31
3.3.5 Proteïne-interacties gemoduleerd door chemische energie ..................................................................... 32
4 Enzymen .................................................................................................................................................... 32
4.1 Wat zijn enzymen? ..................................................................................................................................... 32
4.1.1 Wat doet een enzym? ............................................................................................................................. 32
4.1.2 Nomenclatuur van enzymen................................................................................................................... 33
4.1.3 Opbouw van enzymen............................................................................................................................ 33
4.2 Hoe werken enzymen? ............................................................................................................................... 35
4.2.1 Thermodynamische beschouwingen ...................................................................................................... 35
4.2.2 Mechanische beschouwingen ................................................................................................................ 35
4.2.3 Werking van enzymen door herschikking van bindingen ........................................................................... 37
4.3 Enzyme kinetica ......................................................................................................................................... 38
4.3.1 Factoren die de gekatalyseerde reactiesnelheid beïnvloeden ................................................................... 38
4.3.2 De Michaelis-Mentenvergelijking en de daarvan afgeleide kinetische parameters ..................................... 39
4.3.3 Enzyminhibitie ....................................................................................................................................... 40
4.4 Regeling van enzym activiteit ...................................................................................................................... 40
4.4.1 Allosterische regeling ............................................................................................................................. 40
4.4.2 Regeling door fosforylatie ....................................................................................................................... 41
4.4.3 Regeling door proteolyse ........................................................................................................................ 41
4.4.4 Regeling door G-proteïnen ..................................................................................................................... 41
4.5 Klinisch belang van enzymen ...................................................................................................................... 41
4.5.1 Pathofysiologie ...................................................................................................................................... 42
5 Glycolyse en fermentatie............................................................................................................................ 42
5.1 De glycolyse .............................................................................................................................................. 42
5.1.1 Stappenplan van de glycolyse ................................................................................................................ 42
5.2.3 Energieopbrengst van de glycolyse ......................................................................................................... 46
5.3 Verdere omzettingen van Pyruvaat .............................................................................................................. 47
5.3.1 Omzetting naar lactaat........................................................................................................................... 47
5.3.2 Omzetting naar ethanol.......................................................................................................................... 47
5.3.3 Omzetting naar Acetyl-CoA of oxaalazijnzuur .......................................................................................... 47
5.4 Andere suikers als ‘brandstof’ voor glycolyse ............................................................................................... 48
5.4.1 Monosachariden ................................................................................................................................... 48
5.4.2 Poly- en disachariden ............................................................................................................................ 48
5.5 Lactose intolerantie ................................................................................................................................... 49
5.6 Metabolisme van glycerol ........................................................................................................................... 49
2
,6 Krebscyclus ............................................................................................................................................... 49
6.1 Bronnen voor de vorming van acetyl-CoA .................................................................................................... 50
6.1.1 Uit pyruvaat ........................................................................................................................................... 50
6.1.2 Uit vetzuren ........................................................................................................................................... 52
6.1.3 Uit ethanol ............................................................................................................................................ 54
6.2 De Krebscyclus .......................................................................................................................................... 54
6.2.1 De stappen van de Krebscyclus .............................................................................................................. 54
6.2.2 Energieopbrengst .................................................................................................................................. 57
6.3 De plaats van de Krebscyclus in het celmetabolisme ................................................................................... 57
6.3.1 Componenten zijn belangrijke biosynthetische intermediairen ................................................................ 58
6.3.2 Aminozuurafbraak verloopt gedeeltelijk via de Krebscyclus ...................................................................... 58
6.3.3 Anaplerotische reacties houden de Krebscyclus intermediairen op peil .................................................... 58
6.4 Regeling van de Krebscyclus ....................................................................................................................... 59
6.4.1 Regeling van het PDH complex ............................................................................................................... 59
7 Elektrontransport en oxidatieve fosforylatie ................................................................................................ 60
7.1 Mitochondriale anatomie............................................................................................................................ 60
7.2 Mitochondriale ATP-productie in een notendop ............................................................................................ 60
7.2.3 Beweging van elektronen........................................................................................................................ 61
7.3 Mitochondriale ATP-productie in detail ........................................................................................................ 62
7.3.1 De complexen van het ET ....................................................................................................................... 62
7.3.2 Hoe worden protonen gepompt? ............................................................................................................ 63
7.3.3 ATP-aanmaak door ATP-synthase............................................................................................................ 65
7.3.3.3 Werking van ATP-synthase ................................................................................................................. 65
7.3.4 NADH in de mitochondriën brengen........................................................................................................ 66
7.4 Energieopbrengst van ET en Oxyfos ............................................................................................................. 67
7.5 Regeling van ET en Oxyfos........................................................................................................................... 67
7.6 ONTregeling van ET en Oxyfos ..................................................................................................................... 67
7.6.1 Cyanide en CO ...................................................................................................................................... 67
7.6.2 Rotenone .............................................................................................................................................. 67
7.6.3 DNP (Dinitrofenol) ................................................................................................................................. 67
7.6.4 Thermogenine (uncoupling protein) ........................................................................................................ 68
8 Regeling van celproliferatie en celdood ....................................................................................................... 68
8.1 Waarom celding en celdood bestuderen? .................................................................................................... 68
8.1.1 Kanker .................................................................................................................................................. 68
8.1.2 Neurodegeneratieve ziekten (Alzheimer, Parkinson. ALS) ......................................................................... 70
8.1.3 AIDS...................................................................................................................................................... 70
8.1.4 Auto-immuunziekten ............................................................................................................................. 70
8.2 De celcyclus en zijn regeling ....................................................................................................................... 70
8.2.1 De fasen van de celcyclus ...................................................................................................................... 70
8.2.2 Eigenschappen van de centrale regelaar(s) van de celcyclus.................................................................... 71
8.2.3 Celcyclusregeling .................................................................................................................................. 72
8.3 Apoptose en haar regeling .......................................................................................................................... 76
8.3.1 Onderscheid tussen apoptose en necrose .............................................................................................. 76
8.3.2 Apoptose is belangrijk voor de normale fysiologie ................................................................................... 77
8.3.3 Basismechanisme van apoptose ............................................................................................................ 78
8.3.4 Ontdekking van het mechanisme van apoptose ...................................................................................... 79
3
, 8.3.5 Structuur, activering en werking van caspasen ........................................................................................ 80
8.3.6 Signalen die leiden tot apoptosis ............................................................................................................ 80
8.3.7 Remming van apoptose ......................................................................................................................... 82
8.3.8 De rol van p53 in respons op cellulaire stress .......................................................................................... 82
8.3.9 Verloopt elke geprogrammeerde celdood via caspasen?.......................................................................... 84
8.3.10 Ubiquitine en het proteasoom ............................................................................................................ 84
4
