Moleculaire biologie
Hoofdstuk 1: Inleiding tot de moleculaire biologie
1.1 Wat is moleculaire biologie?
- Bestudeert de moleculaire achtergrond van cellulaire metabolismen
- Zeer recent en dus nog dynamisch
1.2 Genetisch materiaal en het centrale dogma
- Genetisch materiaal overbrengen? Bepaalde vereisten moeten voldaan zijn. DNA en RNA zijn
dragers van genetische informatie omdat ze hieraan voldoen
- Centrale dogma:
- Geldt in de meeste gevallen, Er zijn ook enkele uitzonderingen
o Sommige RNA-virussen gebruiken in infectiecyclus enkel RNA, andere vormen mbv
reverse transcriptase RNA om naar DNA na infectie van hun gastheer.
o Celwand wordt ook overgeërfd, net zoals mitochondrion via moeder. Bevat geen
genetisch materiaal, maar er is een stukje nodig om organisme verder te doen
ontwikkelen.
Hoofdstuk 2: Biologische Bindingen
2.1 Inleiding
- Macromoleculen zijn polymeren opgebouwd uit monomeren van nucleotiden (→nucleïnezuren) en
aminozuren (→proteïnen). Deze zijn met elkaar verbonden via sterke en zwakkere bindingen.
2.2 Sterke en zwakke bindingen
2.2.1 EIGENSCHAPPEN
- Lengte tussen bindingen is afhankelijk van sterkte. Hoe sterker de binding hoe dichter
moleculen bij elkaar.
- Maximale aantal covalente bindingen is de valentie, VB: O heeft valentie 2
- Vanderwaalskrachten worden enkel gelimiteerd door sterische hinder en het aantal atomen
die in interactie gaan.
- H-bruggen zijn sterk gelimiteerd maar zeer belangrijk. Zeer directioneel: altijd in verlengde
van covalente binding
- Rotatievrijheid:
▪ Enkelvoudige binding: vrije rotatie
▪ Dubbel/ trippel: weinig tot geen rotatie
▪ Zwakkere bindingen leggen minder restricties op.
- Bindingslengte:
▪ 1 Angstroom=1𝐴̇= 10-10m
1
,2.2.2 VRIJE ENERGIE
- Δ𝐺 = 𝐺𝑖𝑏𝑏𝑠𝑣𝑟𝑖𝑗𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑒, energie die arbeid kan verwekken
- Bij vorming van een binding komt E vrij, bij breken moet er geïnvesteerd worden. Deze
energie is exact gelijk.
- Spontane reactie
▪ Δ𝐺 < 0
▪ Niet in verband met reactiesnelheid, kan zeer traag (Diamant→Grafiet) Of
snel (Methaanverbranding →Traag totdat het wordt geactiveerd door kleine
vlam, daarna zeer snel)
- Niet spontane reactie
▪ Gebeurt niet onder standaard omstandigheden
▪ Vb Spuit water: Fles openen, CO2 Ontsnapt. Wordt niet terug in water
gevormd. Stel druk zeer hoog maken dan kan CO2 er wel in.
2.2.3 ZWAKKE BINDINGEN
- Van der Waalskrachten
o 1 – 2 kcal/mol
o Niet specifieke aantrekking tussen atomen
o Sterk afhankelijk van afstand
o Zijn pas effectief wanneer er vele VDW krachten zijn en sterker geheel vormen.
- Ion-bindingen
o 3– 7 kcal/mol
o Verbonden door positieve en negatieve lading
o Lading is niet op één atoom maar over gehele molecule
o Rekening houden met sterische hinder
- Waterstofbruggen
o Verbinden met waterstofdonor (+) en –acceptor (-)
o Speciale soort ionbindingen
2.2.4 ENZYM-SUBSTRAAT BINDINGEN
- Enzym+Substraat →Enzymsubstraatcompex (net stabiel genoeg zodat deze niet uit elkaar
valt en tijd genoeg voor:) →Enzymproduct (hier is ΔG terug net iets groter, zodat splitst en
enzym kan hergebruikt worden)
- Enzym-niet-substraat reactie kan niet bestaan, terugreactie zeer groot
2.2.5 HOOG-ENERGETISCHE BINDINGEN
- Enzymen veranderen enkel snelheid van reactie, verlagen activeringsenergie. Δ𝐺 < 0 blijft
een voorwaarde voor spontane reactie. Maken van bindingen bv
- Hoog-energetische bindingen worden
gebruikt, vb: ATP! Geven energie
- Zeer beperkte levensduur, constante
recycling: Slechts 50gram ATP in lichaam
maar wel 65kg per dag verbruikt/dag
= 1300x recyclen
2
,Hoofdstuk 3: Nucleïnezuren
3.1 Inleiding
DNA en RNA
- Opslag en overdracht genetische informatie
- Lineaire, niet-vertakte heteropolymeren
- 4 basismoleculen (nucleotiden)
o pentosen (suikers) → (deoxy)ribose
o base
o fosfaaatgroep
- sequentie= specifieke volgorde voor nucleotiden
= primaire structuur van nucleïnezuur
3.2 Nucleotiden en nucleosiden
= nucleoSide en fosfaatgroep + esterbinding
= pentose + base + fosfaatgroep
3.2.1 SUIKERGROEP
= ribose → pentose (5C) en aldose (aldehydegroep)
(enkel -vorm)
→ kan dmv hemiacetaalvorming furanose- en pyranosering vormen
(nucleotiden enkel furanoseringen)
- Komt voor in D- en L-ribose (enentiomeren)
- D-ribose vormt door hemiacetaalvorming een furanose of pyranosering. Furanose komt
enkel voor in nucleotiden
Door ringsluiting extra Assymetrisch C-atoom => 𝛼 𝑒𝑛 𝛽 𝑎𝑛𝑜𝑚𝑒𝑟𝑒𝑛, Enkel 𝛽 komt voor.
Er is ook een verschil in de suikergroep van RNA en DNA:
3
, 3.2.2 BASEN
PURINES PYRIMIDINES
- dubbele ring gebonden aan C1’ van het - enkelvoudige ring
suiker via -glycosidebinding
- bepalen van sequentie
- Elke base verschillend absorbtiespectrum maar maximum op
260 nm
o Concentratie nucleïnezuren in oplossing bepalen via
absorptie van het licht, maar niet van elke base
verschillend
3.2.3 FOSFAATGROEP
- gebonden aan C5’ via fosfoesterbinding → tot 3
fosfaatgroepen gebonden aan C5’
- NucleoSide → geen fosfaatgroep (cursus p14)
NucleoTide → cyclisch nucleosidemonofosfaat
3.3 en 3.4 Speciale nucleosiden en nucleotiden
Wanneer monofosfaatgroep tweemaal gebonden is aan dezelfde ribose → cyclisch
nucleosidemonofosfaat
Vb. Hydrolyse van DNA → deoxyribonucleoside-5’-monofosfaten
Vb. Caffeïne en cAMP (p15-16) cursus
4
Hoofdstuk 1: Inleiding tot de moleculaire biologie
1.1 Wat is moleculaire biologie?
- Bestudeert de moleculaire achtergrond van cellulaire metabolismen
- Zeer recent en dus nog dynamisch
1.2 Genetisch materiaal en het centrale dogma
- Genetisch materiaal overbrengen? Bepaalde vereisten moeten voldaan zijn. DNA en RNA zijn
dragers van genetische informatie omdat ze hieraan voldoen
- Centrale dogma:
- Geldt in de meeste gevallen, Er zijn ook enkele uitzonderingen
o Sommige RNA-virussen gebruiken in infectiecyclus enkel RNA, andere vormen mbv
reverse transcriptase RNA om naar DNA na infectie van hun gastheer.
o Celwand wordt ook overgeërfd, net zoals mitochondrion via moeder. Bevat geen
genetisch materiaal, maar er is een stukje nodig om organisme verder te doen
ontwikkelen.
Hoofdstuk 2: Biologische Bindingen
2.1 Inleiding
- Macromoleculen zijn polymeren opgebouwd uit monomeren van nucleotiden (→nucleïnezuren) en
aminozuren (→proteïnen). Deze zijn met elkaar verbonden via sterke en zwakkere bindingen.
2.2 Sterke en zwakke bindingen
2.2.1 EIGENSCHAPPEN
- Lengte tussen bindingen is afhankelijk van sterkte. Hoe sterker de binding hoe dichter
moleculen bij elkaar.
- Maximale aantal covalente bindingen is de valentie, VB: O heeft valentie 2
- Vanderwaalskrachten worden enkel gelimiteerd door sterische hinder en het aantal atomen
die in interactie gaan.
- H-bruggen zijn sterk gelimiteerd maar zeer belangrijk. Zeer directioneel: altijd in verlengde
van covalente binding
- Rotatievrijheid:
▪ Enkelvoudige binding: vrije rotatie
▪ Dubbel/ trippel: weinig tot geen rotatie
▪ Zwakkere bindingen leggen minder restricties op.
- Bindingslengte:
▪ 1 Angstroom=1𝐴̇= 10-10m
1
,2.2.2 VRIJE ENERGIE
- Δ𝐺 = 𝐺𝑖𝑏𝑏𝑠𝑣𝑟𝑖𝑗𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑒, energie die arbeid kan verwekken
- Bij vorming van een binding komt E vrij, bij breken moet er geïnvesteerd worden. Deze
energie is exact gelijk.
- Spontane reactie
▪ Δ𝐺 < 0
▪ Niet in verband met reactiesnelheid, kan zeer traag (Diamant→Grafiet) Of
snel (Methaanverbranding →Traag totdat het wordt geactiveerd door kleine
vlam, daarna zeer snel)
- Niet spontane reactie
▪ Gebeurt niet onder standaard omstandigheden
▪ Vb Spuit water: Fles openen, CO2 Ontsnapt. Wordt niet terug in water
gevormd. Stel druk zeer hoog maken dan kan CO2 er wel in.
2.2.3 ZWAKKE BINDINGEN
- Van der Waalskrachten
o 1 – 2 kcal/mol
o Niet specifieke aantrekking tussen atomen
o Sterk afhankelijk van afstand
o Zijn pas effectief wanneer er vele VDW krachten zijn en sterker geheel vormen.
- Ion-bindingen
o 3– 7 kcal/mol
o Verbonden door positieve en negatieve lading
o Lading is niet op één atoom maar over gehele molecule
o Rekening houden met sterische hinder
- Waterstofbruggen
o Verbinden met waterstofdonor (+) en –acceptor (-)
o Speciale soort ionbindingen
2.2.4 ENZYM-SUBSTRAAT BINDINGEN
- Enzym+Substraat →Enzymsubstraatcompex (net stabiel genoeg zodat deze niet uit elkaar
valt en tijd genoeg voor:) →Enzymproduct (hier is ΔG terug net iets groter, zodat splitst en
enzym kan hergebruikt worden)
- Enzym-niet-substraat reactie kan niet bestaan, terugreactie zeer groot
2.2.5 HOOG-ENERGETISCHE BINDINGEN
- Enzymen veranderen enkel snelheid van reactie, verlagen activeringsenergie. Δ𝐺 < 0 blijft
een voorwaarde voor spontane reactie. Maken van bindingen bv
- Hoog-energetische bindingen worden
gebruikt, vb: ATP! Geven energie
- Zeer beperkte levensduur, constante
recycling: Slechts 50gram ATP in lichaam
maar wel 65kg per dag verbruikt/dag
= 1300x recyclen
2
,Hoofdstuk 3: Nucleïnezuren
3.1 Inleiding
DNA en RNA
- Opslag en overdracht genetische informatie
- Lineaire, niet-vertakte heteropolymeren
- 4 basismoleculen (nucleotiden)
o pentosen (suikers) → (deoxy)ribose
o base
o fosfaaatgroep
- sequentie= specifieke volgorde voor nucleotiden
= primaire structuur van nucleïnezuur
3.2 Nucleotiden en nucleosiden
= nucleoSide en fosfaatgroep + esterbinding
= pentose + base + fosfaatgroep
3.2.1 SUIKERGROEP
= ribose → pentose (5C) en aldose (aldehydegroep)
(enkel -vorm)
→ kan dmv hemiacetaalvorming furanose- en pyranosering vormen
(nucleotiden enkel furanoseringen)
- Komt voor in D- en L-ribose (enentiomeren)
- D-ribose vormt door hemiacetaalvorming een furanose of pyranosering. Furanose komt
enkel voor in nucleotiden
Door ringsluiting extra Assymetrisch C-atoom => 𝛼 𝑒𝑛 𝛽 𝑎𝑛𝑜𝑚𝑒𝑟𝑒𝑛, Enkel 𝛽 komt voor.
Er is ook een verschil in de suikergroep van RNA en DNA:
3
, 3.2.2 BASEN
PURINES PYRIMIDINES
- dubbele ring gebonden aan C1’ van het - enkelvoudige ring
suiker via -glycosidebinding
- bepalen van sequentie
- Elke base verschillend absorbtiespectrum maar maximum op
260 nm
o Concentratie nucleïnezuren in oplossing bepalen via
absorptie van het licht, maar niet van elke base
verschillend
3.2.3 FOSFAATGROEP
- gebonden aan C5’ via fosfoesterbinding → tot 3
fosfaatgroepen gebonden aan C5’
- NucleoSide → geen fosfaatgroep (cursus p14)
NucleoTide → cyclisch nucleosidemonofosfaat
3.3 en 3.4 Speciale nucleosiden en nucleotiden
Wanneer monofosfaatgroep tweemaal gebonden is aan dezelfde ribose → cyclisch
nucleosidemonofosfaat
Vb. Hydrolyse van DNA → deoxyribonucleoside-5’-monofosfaten
Vb. Caffeïne en cAMP (p15-16) cursus
4
