Biochemie
Inhoud
1. De zwakke krachten en hun rol in de biochemie........................................................2
Waterstofbrugvorming................................................................................................2
De van-der-waals-interactie........................................................................................3
Het hydrofobe effect...................................................................................................3
De ionaire binding.......................................................................................................3
Vele kleintjes maken 1 groot.......................................................................................4
2. Lipiden en cellulaire membranen...............................................................................4
De fosfolipiden............................................................................................................5
De glycolipiden............................................................................................................6
Ziekte van Tay-Sachs...............................................................................................7
Cholesterol..................................................................................................................7
Fosfolipiden vormen dubbellagen...............................................................................8
Het gebruik van artificiële membranen....................................................................8
Biomembranen, de grenzen van cellen en celorganellen...........................................8
De samenstelling van biologische membranen........................................................8
Membraaneiwitten en carbohydraten......................................................................9
Rol van glycaanresten op glycoproteïnen gedurende eiwitsecretie en -adressering
...............................................................................................................................11
Membranen als vloeibare systemen..........................................................................11
3. Structuur en functie van eiwitten.............................................................................12
De architectuur van eiwitten.....................................................................................12
aminozuren, 20 verschillende bouwstenen van eiwitten.......................................12
De primaire structuur.............................................................................................14
De secundaire structuur.........................................................................................14
Supersecundaire structuren en modules...............................................................17
De tertiaire structuur.............................................................................................18
Opvouwing van eiwitten.........................................................................................21
De quaternaire structuur........................................................................................23
Functie van eiwitten: ligandbinding..........................................................................27
Myoglobine en hemoglobine hebben en prosthetische groep die zuurstofgas bindt
...............................................................................................................................27
De structuur van hemoglobine...............................................................................27
Coöperativiteit van O2-binding...............................................................................28
Het Bohr-effect.......................................................................................................28
1
, Wijziging van de O2-bindingseigenschappen door 2,3-bisfosfoglyceraat (effector)
...............................................................................................................................30
Functie van eiwitten: enzymen als biokatalysatoren................................................30
Chemische reacties en energie, enzymen verlagen de vrije energie van de
transitietoestand....................................................................................................30
Enzymen worden geclassificeerd volgens de reacties die ze uitvoeren.................31
In de driedimensionale structuur van enzymen zijn bepaalde aminozuren
verantwoordelijk voor substraatherkenning, andere voor het uitvoeren van de
katalyse..................................................................................................................32
Reactiemechanismen, de rol van katalytische aminozuren...................................32
Specificiteit is onafhankelijk van het reactiemechanisme......................................33
Enzymkinetieken....................................................................................................33
Enzyminhibitie........................................................................................................35
Regulatie van enzymen..........................................................................................36
4. Biochemistry at work................................................................................................38
Werking penicillines..................................................................................................38
Opbouw en synthese van de bacteriële celwand...................................................39
Penicillines zijn substraatanalogen en inactiveren de transpeptidasen via een
mechanisme van irreversibele inhibitie.................................................................39
1.De zwakke krachten en hun rol in de biochemie
Biochemische processen komen tot stand door transiënte of permanente interacties.
Deze bindingen worden veroorzaakt doordat er verschillende zwakke, niet-
covalente associaties optreden.
Waterstofbrugvorming
levende organismen: 70-80% water
water is een oplosmiddel
grote elektronegativiteit vh zuurstofatoom zuigt de gemeenschappelijke
elektronenparen van covalente bindingen met de waterstofatomen naar zich toe
polaire structuur
dipoolmoment: partieel negatieve en positieve ladingen
geen elektronen gedeeld
5 kcal/mol (lager dan bindingsenergie covalente binding)
waterstofbruggen wisselen continu uit dynamisch netwerk hoog kookpunt
afstand covalente interactie O-H: 1,2A <-> waterstofbruggen 2,7A
kan ook met andere atomen met een elektronegatief karakter (O, N, F) of tussen
deze groepen onderling (alcohol, amide, amino, carbonyl)
2
, hydrofiele moleculen
waterstofbrugdonor/ waterstofbrugacceptor
lineaire waterstofbruggen zijn het sterkst
afstand 2,6-3,1A
De van-der-waals-interactie
in niet-polaire moleculen en (transiënte) dipool induceren als 2 moleculen
samenkomen kracht is sterk afhankelijk van de afstand tussen de 2 atomen
te dicht: afstoting
optimale afstand: van-der-Waals-radius (2x afstand covalente binding)
1 kcal/mol
H 1,2A
C 2,0A
N 1,5A
O 1,4A
S 1,85
A
Het hydrofobe effect
verbindingen moeilijk oplosbaar in water: hydrofoob
1 hydrofobe molecule in water energetisch ongunstig
meerdere hydrofobe moleculen: associatie ontstaat uit de slechte solvatatie van
deze moleculen in water (vb. 2 benzeen moleculen)
drijvende kracht bij eiwitopvouwing
De ionaire binding
elektronegatief karakter groot elektronenpaar van de
waterstofbrugdonormolecule kan overgaan naar het meest elektronegatieve atoom
anion ontstaat
aantrekkingskracht door tegenovergestelde ladingen
q1 q2
F= 2
(D= diëlektriciteitsconstante)
r D
onafhankelijk van een richting
aantrekkingskracht wordt beïnvloed door omgevingsfactoren
diëlektriciteitsconstante (D)
3
, o in water 80, in vacuüm 1
8 kcal/mol in water
watermantel doordat partiële negatieve ladingen zich naar de positieve ladingen
oriënteren goed oplossen
energie komt vrij: hydratatie-energie
wanneer ionen door een membraan migreren of associëren met eiwitten moeten
ze geheel of partieel hun watermantel verliezen
Vele kleintjes maken 1 groot
De stabilisatie van een structuur is de som vd individuele bijdragen van al de
zwakke interacties die in de structuur optreden.
krachten werken niet onafhankelijk van elkaar
Wanneer 2 moleculen met elkaar willen interageren moeten de vormen van hun
oppervlakken complementair zijn en de groepen in dit oppervlak moeten
energetisch gunstige interacties aan kunnen gaan (bv. oppervlak complementair
maar afstoting door 2 gelijke ladingen)
2.Lipiden en cellulaire membranen
Organismen bevatten 4 klassen van organische macromoleculen:
1) eiwitten
2) polynucleotiden
3) suikers
4) vetten of lipiden
a. hydrofoob karakter
b. brandstof/signaalmolecule/ onderdeel biologische membranen
c. 3 voornaamste groepen: fosfolipiden, glycolipiden en cholesterol
Van medisch belang?
Multiple Sclerose: verlies van plasmalogen de-myelinatie (oogproblemen)
hartaandoeningen: antilichamen tegen fosfolipiden
4
Inhoud
1. De zwakke krachten en hun rol in de biochemie........................................................2
Waterstofbrugvorming................................................................................................2
De van-der-waals-interactie........................................................................................3
Het hydrofobe effect...................................................................................................3
De ionaire binding.......................................................................................................3
Vele kleintjes maken 1 groot.......................................................................................4
2. Lipiden en cellulaire membranen...............................................................................4
De fosfolipiden............................................................................................................5
De glycolipiden............................................................................................................6
Ziekte van Tay-Sachs...............................................................................................7
Cholesterol..................................................................................................................7
Fosfolipiden vormen dubbellagen...............................................................................8
Het gebruik van artificiële membranen....................................................................8
Biomembranen, de grenzen van cellen en celorganellen...........................................8
De samenstelling van biologische membranen........................................................8
Membraaneiwitten en carbohydraten......................................................................9
Rol van glycaanresten op glycoproteïnen gedurende eiwitsecretie en -adressering
...............................................................................................................................11
Membranen als vloeibare systemen..........................................................................11
3. Structuur en functie van eiwitten.............................................................................12
De architectuur van eiwitten.....................................................................................12
aminozuren, 20 verschillende bouwstenen van eiwitten.......................................12
De primaire structuur.............................................................................................14
De secundaire structuur.........................................................................................14
Supersecundaire structuren en modules...............................................................17
De tertiaire structuur.............................................................................................18
Opvouwing van eiwitten.........................................................................................21
De quaternaire structuur........................................................................................23
Functie van eiwitten: ligandbinding..........................................................................27
Myoglobine en hemoglobine hebben en prosthetische groep die zuurstofgas bindt
...............................................................................................................................27
De structuur van hemoglobine...............................................................................27
Coöperativiteit van O2-binding...............................................................................28
Het Bohr-effect.......................................................................................................28
1
, Wijziging van de O2-bindingseigenschappen door 2,3-bisfosfoglyceraat (effector)
...............................................................................................................................30
Functie van eiwitten: enzymen als biokatalysatoren................................................30
Chemische reacties en energie, enzymen verlagen de vrije energie van de
transitietoestand....................................................................................................30
Enzymen worden geclassificeerd volgens de reacties die ze uitvoeren.................31
In de driedimensionale structuur van enzymen zijn bepaalde aminozuren
verantwoordelijk voor substraatherkenning, andere voor het uitvoeren van de
katalyse..................................................................................................................32
Reactiemechanismen, de rol van katalytische aminozuren...................................32
Specificiteit is onafhankelijk van het reactiemechanisme......................................33
Enzymkinetieken....................................................................................................33
Enzyminhibitie........................................................................................................35
Regulatie van enzymen..........................................................................................36
4. Biochemistry at work................................................................................................38
Werking penicillines..................................................................................................38
Opbouw en synthese van de bacteriële celwand...................................................39
Penicillines zijn substraatanalogen en inactiveren de transpeptidasen via een
mechanisme van irreversibele inhibitie.................................................................39
1.De zwakke krachten en hun rol in de biochemie
Biochemische processen komen tot stand door transiënte of permanente interacties.
Deze bindingen worden veroorzaakt doordat er verschillende zwakke, niet-
covalente associaties optreden.
Waterstofbrugvorming
levende organismen: 70-80% water
water is een oplosmiddel
grote elektronegativiteit vh zuurstofatoom zuigt de gemeenschappelijke
elektronenparen van covalente bindingen met de waterstofatomen naar zich toe
polaire structuur
dipoolmoment: partieel negatieve en positieve ladingen
geen elektronen gedeeld
5 kcal/mol (lager dan bindingsenergie covalente binding)
waterstofbruggen wisselen continu uit dynamisch netwerk hoog kookpunt
afstand covalente interactie O-H: 1,2A <-> waterstofbruggen 2,7A
kan ook met andere atomen met een elektronegatief karakter (O, N, F) of tussen
deze groepen onderling (alcohol, amide, amino, carbonyl)
2
, hydrofiele moleculen
waterstofbrugdonor/ waterstofbrugacceptor
lineaire waterstofbruggen zijn het sterkst
afstand 2,6-3,1A
De van-der-waals-interactie
in niet-polaire moleculen en (transiënte) dipool induceren als 2 moleculen
samenkomen kracht is sterk afhankelijk van de afstand tussen de 2 atomen
te dicht: afstoting
optimale afstand: van-der-Waals-radius (2x afstand covalente binding)
1 kcal/mol
H 1,2A
C 2,0A
N 1,5A
O 1,4A
S 1,85
A
Het hydrofobe effect
verbindingen moeilijk oplosbaar in water: hydrofoob
1 hydrofobe molecule in water energetisch ongunstig
meerdere hydrofobe moleculen: associatie ontstaat uit de slechte solvatatie van
deze moleculen in water (vb. 2 benzeen moleculen)
drijvende kracht bij eiwitopvouwing
De ionaire binding
elektronegatief karakter groot elektronenpaar van de
waterstofbrugdonormolecule kan overgaan naar het meest elektronegatieve atoom
anion ontstaat
aantrekkingskracht door tegenovergestelde ladingen
q1 q2
F= 2
(D= diëlektriciteitsconstante)
r D
onafhankelijk van een richting
aantrekkingskracht wordt beïnvloed door omgevingsfactoren
diëlektriciteitsconstante (D)
3
, o in water 80, in vacuüm 1
8 kcal/mol in water
watermantel doordat partiële negatieve ladingen zich naar de positieve ladingen
oriënteren goed oplossen
energie komt vrij: hydratatie-energie
wanneer ionen door een membraan migreren of associëren met eiwitten moeten
ze geheel of partieel hun watermantel verliezen
Vele kleintjes maken 1 groot
De stabilisatie van een structuur is de som vd individuele bijdragen van al de
zwakke interacties die in de structuur optreden.
krachten werken niet onafhankelijk van elkaar
Wanneer 2 moleculen met elkaar willen interageren moeten de vormen van hun
oppervlakken complementair zijn en de groepen in dit oppervlak moeten
energetisch gunstige interacties aan kunnen gaan (bv. oppervlak complementair
maar afstoting door 2 gelijke ladingen)
2.Lipiden en cellulaire membranen
Organismen bevatten 4 klassen van organische macromoleculen:
1) eiwitten
2) polynucleotiden
3) suikers
4) vetten of lipiden
a. hydrofoob karakter
b. brandstof/signaalmolecule/ onderdeel biologische membranen
c. 3 voornaamste groepen: fosfolipiden, glycolipiden en cholesterol
Van medisch belang?
Multiple Sclerose: verlies van plasmalogen de-myelinatie (oogproblemen)
hartaandoeningen: antilichamen tegen fosfolipiden
4
