Cell biology 1
Chapter 3: Proteins and posttranslational modifications
→ niet alle eiwitten staan continu aan, hiervoor zijn er verschillende mechanismen
Hoe is een eiwit opgebouwd?
→ de bouwsteen van eiwitten zijn aminozuren (20 verschillende)
- NH2 - C (+ restgroep) - COOH
- Aminozuren krijgen bepaalde eigenschappen door de zijgroep aan het C
atoom
- Aminozuren zijn met elkaar verbonden door een peptidebinding
- Bij het vormen van zo’n peptidebinding komt een H2O molecuul vrij (H van de
aminogroep en OH van een carboxylgroep
- Aminozuurketens = primaire structuur van eiwitten
Eiwitvouwing
→ vouwing door drie verschillende niet covalente bindingen
1. Elektrostatische interactie tussen ketens met een
tegenovergestelde lading
2. Van der Waals interacties tussen apolaire of
ongeladen aminozuren
3. Waterstofbruggen tussen polaire zijketen
→ op zichzelf alle drie zwakke bindingen maar vele
bindingen samen vormen een sterke vouwing
- Apolaire zijketens vouwen zich hierbij naar
binnen en polaire zijketens vouwen naar buiten
- Chaperones versnellen de (correcte) vouwing van een eiwit
- Detergenten zorgen juist voor het verbreken van deze non covalente
verbindingen
- Door het verwijderen van het detergent zal het eiwit naar verloop van
tijd opnieuw vouwen
Er zijn twee vouwpatronen van de backbone = secundaire structuur van eiwitten
1. Alfa helix → circulaire structuur waarbij de carboxylgroep een waterstofbrug vormt
met een aminogroep van 4 aminozuren verder in de keten
2. Beta sheet → waterstofbruggen worden gevormd tussen de
carboxylgroep en aminogroep (loodrecht)
a. Parallel (→ →) of antiparallel (→ ←)
Tertiaire structuur = de manier waarop alle atomen in het eiwit in de ruimtelijke structuur zijn
geordend, deze bevat cofactoren
Quaternaire structuur = de ruimtelijke structuur van alle subunits/domeinen* van het
biologische, actieve eiwit (meerdere polypeptideketens bij elkaar)
*Domeinen → kunnen gelijk zijn tussen verschillende organismen
- Overeenkomst tussen eiwitten komt door overeenkomst in domeinen
- Domeinen hoeven hiervoor niet gelijke aminozuren te bevatten maar aminozuren met
eenzelfde eigenschap in de zijgroep (bijvoorbeeld beide positief geladen)
1
, - Door domeinen aan verschillende kanten van een eiwit te zetten kan het
verschillende functies hebben → domein shuffling
Type eiwitten
→ er zijn twee type eiwitten:
1. Fibrous (collageen) → strakke structuur door de triple helix van collageen
2. Disordered → minder vaste/rekbare structuur door elastine
a. Binding van een substraat (waarbij het eiwit dus kan vervormen)
i. De interacties tussen eiwit en substraat/ligand zijn non covalent zodat
het ligand los kan laten zonder dat hier energie voor nodig is
b. Signalering waarbij er bepaalde groepen aan het eiwit worden geplakt →
zorgt voor vervorming van het eiwit
c. Tethering → zorgt voor het het transport van een eiwit naar een specifieke
plek/organel
d. Diffusion barriers → openingen waardoor bepaalde stoffen zich makkelijk
tussen het cytoplasma en kern kunnen verplaatsen
Positieve en negatieve regulatie van eiwitten
- Positieve regulatie → door binding van een molecuul verandert de conformatie tot
een actieve vorm
- Negatieve regulatie → door binding van een molecuul verandert de conformatie tot
een inactieve vorm (vaak aan het einde van een cascade voor negatieve feedback)
vs
Signaaltransductie routes
→ een signaal vanuit binnen of buiten cel zorgt hierbij voor 3 effecten:
1. Proliferatie (deling)
2. Differentiatie
3. Gereguleerde celdood
→ hierbij speelt genregulatie een belangrijke rol. ‘→‘ stata voor activatie en ‘--|’ staat
voor remming
Posttranslationele modificaties
→ hierbij kan de activiteit van eiwitten gereguleerd worden of
kan een eiwit getarget worden (zodat hij naar een bepaalde
plek word getransporteerd)
1. Kinases → zorgen voor fosforylatie
a. Hierbij wordt een fosfaatgroep van ATP af gehaald
b. Fosforylatie van eiwitten juist aan of uit zetten, afhankelijk van het eiwit
c. De fosfaatgroep kan binden aan de OH groep in de restgroep van de
aminozuren serine, threonine en tyrosine
2. Phosphatases → zorgen voor het verwijderen van fosfaatgroep
2
,3. ATP binding → binding van een heel ATP molecuul
a. Voorbeeld: motoreiwit
i. Binding van een ATP molecuul zorgt ervoor dat het ‘voetje’ van het
motoreiwit wordt neergezet
ii. Hydrolyse van dit ATP molecuul zorgt voor het aansluiten van het
achterste voetje
iii. Verwijderen van ADP + P zorgt ervoor het dat voorste voetje weer
opgetild wordt
b. Voorbeeld: ABC transporter
i. Moleculen kunnen binden aan de ABC transporter
ii. Door binding van ATP ondergaat de transporter en
conformatieverandering waardoor het molecuul wordt losgelaten
iii. Hydrolyse van ATP zorgt weer voor de oude conformatie
4. Protein ligases → toevoegen van een klein eiwit aan een aminogroep van lysine
a. Voorbeeld: Ubiquitine → eiwit met op plek 48 of 63 een lysine aminozuur
i. Ubiquitine lys 48 herkent en bindt een eiwit met uitstekend lysine
1. Op lysine 48 kan nog een ubiquitine binden en zo vormt zich
een polyubiquitine
2. Proteasoom herkent dit complex en breekt het eiwit af
ii. Ubiquitine lys 63 herkent en bindt een eiwit met uitstekend lysine
1. Op lysine 63 kan nog een ubiquitine binden en zo vormt zich
een polyubiquitine
2. Het complex wordt herkent en naar de kern getransporteerd
voor DNA reparatie
→ het binden van ubiquitine kost energie, hierbij zijn enzymen betrokken:
- E1 activeert ubiquitine met behulp van ATP en bindt ubiquitine aan
een ubiquitine conjugerend enzym E2
- E3 herkent een degradatie signaal en
bindt dit eiwit
- E2 bindt het E3 eiwit gebonden aan het
eiwit
- E2 zorgt voor het ontstaan van een
isopeptide binding tussen lysine van het
eiwit en ubiquitine
5. GTPases → binding van GTP zorgt altijd voor een actieve conformatie
a. Binding van GTP aan een eiwit zorgt voor een actieve conformatie
b. GAP kan GTP hydrolyseren waarbij GDP ontstaat
i. Binding van GDP geeft een inactieve conformatie
c. GEF kan vervolgens GDP loskoppelen waarbij opnieuw GTP kan binden
i. Voorbeeld: RAS pathway (darmkanker)
1. RAS is een GTP bindend eiwit en is na binding van GTP actief
2. RAS + GTP zorgt voor activatie van de MAPK pathway →
activeren van celdeling
→ door mutaties bij kanker is alleen het RAS + GTP aanwezig
en zal de RAS-GDP conformatie nauwelijks voorkomen
3
, Chapter 11: Gates, channels and the nervous system
Membraantransport
→ membranen zijn selectief permeabel = sommige stoffen wel door de membraan worden
doorgelaten en andere stoffen weer niet
- Dubbele lipide laag met polaire delen naar buiten en apolaire (hydrofobe) delen naar
binnen
- Hierdoor kunnen hydrofobe stoffen makkelijk passeren
- Ongeladen polaire deeltjes kunnen soms passeren, soms niet
- Ionen worden door hun lading afgestoten en kunne niet passeren
- Ion compositie buiten en binnen de cel is erg verschillend
- Binnen in de cel is weinig natrium en veel kalium → negatief geladen
- Buiten de cel is veel natrium weinig kalium → positief geladen
Transporters en kanalen verhogen de snelheid van transmembraan diffusie van opgeloste
stoffen die niet vrij over het membraan kunnen bewegen
- Transporters zijn passief of actief
- Passief → zonder ATP
- Werkt met de concentratie- of elektrochemische gradiënt mee
- Ondergaan random conformatieveranderingen waardoor stoffen over
het membraan getransporteerd kunnen worden
- Actief → met ATP (of andere energiebron zoals fosforylering of licht)
- Werkt tegen de concentratiegradiënt in
- Coupled transport → een stof wordt gebruikt om een andere stof
tegen de gradiënt in te krijgen
- Symport → beide stoffen bewegen dezelfde kant op
- Antiport → beide stoffen bewegen tegenovergestelde kant op
→ er zijn verschillende type ATP pompen
- P-type pump → fosforylering (P afkomstig van ATP) zorgt voor een
conformatieverandering
- ATPase (linksonder) → ATP binding zorgt voor een
conformatieverandering waarbij stoffen kunnen binden.
Autofosforylatie van het enzym waarbij ADP los laat en ATP
bindt (gevolgd door conformatieverandering). De gebonden
stoffen worden losgelaten en de fosfaatgroep laat los → cyclus
begint opnieuw
- Natrium/Kalium pomp (rechtsonder)
4
Chapter 3: Proteins and posttranslational modifications
→ niet alle eiwitten staan continu aan, hiervoor zijn er verschillende mechanismen
Hoe is een eiwit opgebouwd?
→ de bouwsteen van eiwitten zijn aminozuren (20 verschillende)
- NH2 - C (+ restgroep) - COOH
- Aminozuren krijgen bepaalde eigenschappen door de zijgroep aan het C
atoom
- Aminozuren zijn met elkaar verbonden door een peptidebinding
- Bij het vormen van zo’n peptidebinding komt een H2O molecuul vrij (H van de
aminogroep en OH van een carboxylgroep
- Aminozuurketens = primaire structuur van eiwitten
Eiwitvouwing
→ vouwing door drie verschillende niet covalente bindingen
1. Elektrostatische interactie tussen ketens met een
tegenovergestelde lading
2. Van der Waals interacties tussen apolaire of
ongeladen aminozuren
3. Waterstofbruggen tussen polaire zijketen
→ op zichzelf alle drie zwakke bindingen maar vele
bindingen samen vormen een sterke vouwing
- Apolaire zijketens vouwen zich hierbij naar
binnen en polaire zijketens vouwen naar buiten
- Chaperones versnellen de (correcte) vouwing van een eiwit
- Detergenten zorgen juist voor het verbreken van deze non covalente
verbindingen
- Door het verwijderen van het detergent zal het eiwit naar verloop van
tijd opnieuw vouwen
Er zijn twee vouwpatronen van de backbone = secundaire structuur van eiwitten
1. Alfa helix → circulaire structuur waarbij de carboxylgroep een waterstofbrug vormt
met een aminogroep van 4 aminozuren verder in de keten
2. Beta sheet → waterstofbruggen worden gevormd tussen de
carboxylgroep en aminogroep (loodrecht)
a. Parallel (→ →) of antiparallel (→ ←)
Tertiaire structuur = de manier waarop alle atomen in het eiwit in de ruimtelijke structuur zijn
geordend, deze bevat cofactoren
Quaternaire structuur = de ruimtelijke structuur van alle subunits/domeinen* van het
biologische, actieve eiwit (meerdere polypeptideketens bij elkaar)
*Domeinen → kunnen gelijk zijn tussen verschillende organismen
- Overeenkomst tussen eiwitten komt door overeenkomst in domeinen
- Domeinen hoeven hiervoor niet gelijke aminozuren te bevatten maar aminozuren met
eenzelfde eigenschap in de zijgroep (bijvoorbeeld beide positief geladen)
1
, - Door domeinen aan verschillende kanten van een eiwit te zetten kan het
verschillende functies hebben → domein shuffling
Type eiwitten
→ er zijn twee type eiwitten:
1. Fibrous (collageen) → strakke structuur door de triple helix van collageen
2. Disordered → minder vaste/rekbare structuur door elastine
a. Binding van een substraat (waarbij het eiwit dus kan vervormen)
i. De interacties tussen eiwit en substraat/ligand zijn non covalent zodat
het ligand los kan laten zonder dat hier energie voor nodig is
b. Signalering waarbij er bepaalde groepen aan het eiwit worden geplakt →
zorgt voor vervorming van het eiwit
c. Tethering → zorgt voor het het transport van een eiwit naar een specifieke
plek/organel
d. Diffusion barriers → openingen waardoor bepaalde stoffen zich makkelijk
tussen het cytoplasma en kern kunnen verplaatsen
Positieve en negatieve regulatie van eiwitten
- Positieve regulatie → door binding van een molecuul verandert de conformatie tot
een actieve vorm
- Negatieve regulatie → door binding van een molecuul verandert de conformatie tot
een inactieve vorm (vaak aan het einde van een cascade voor negatieve feedback)
vs
Signaaltransductie routes
→ een signaal vanuit binnen of buiten cel zorgt hierbij voor 3 effecten:
1. Proliferatie (deling)
2. Differentiatie
3. Gereguleerde celdood
→ hierbij speelt genregulatie een belangrijke rol. ‘→‘ stata voor activatie en ‘--|’ staat
voor remming
Posttranslationele modificaties
→ hierbij kan de activiteit van eiwitten gereguleerd worden of
kan een eiwit getarget worden (zodat hij naar een bepaalde
plek word getransporteerd)
1. Kinases → zorgen voor fosforylatie
a. Hierbij wordt een fosfaatgroep van ATP af gehaald
b. Fosforylatie van eiwitten juist aan of uit zetten, afhankelijk van het eiwit
c. De fosfaatgroep kan binden aan de OH groep in de restgroep van de
aminozuren serine, threonine en tyrosine
2. Phosphatases → zorgen voor het verwijderen van fosfaatgroep
2
,3. ATP binding → binding van een heel ATP molecuul
a. Voorbeeld: motoreiwit
i. Binding van een ATP molecuul zorgt ervoor dat het ‘voetje’ van het
motoreiwit wordt neergezet
ii. Hydrolyse van dit ATP molecuul zorgt voor het aansluiten van het
achterste voetje
iii. Verwijderen van ADP + P zorgt ervoor het dat voorste voetje weer
opgetild wordt
b. Voorbeeld: ABC transporter
i. Moleculen kunnen binden aan de ABC transporter
ii. Door binding van ATP ondergaat de transporter en
conformatieverandering waardoor het molecuul wordt losgelaten
iii. Hydrolyse van ATP zorgt weer voor de oude conformatie
4. Protein ligases → toevoegen van een klein eiwit aan een aminogroep van lysine
a. Voorbeeld: Ubiquitine → eiwit met op plek 48 of 63 een lysine aminozuur
i. Ubiquitine lys 48 herkent en bindt een eiwit met uitstekend lysine
1. Op lysine 48 kan nog een ubiquitine binden en zo vormt zich
een polyubiquitine
2. Proteasoom herkent dit complex en breekt het eiwit af
ii. Ubiquitine lys 63 herkent en bindt een eiwit met uitstekend lysine
1. Op lysine 63 kan nog een ubiquitine binden en zo vormt zich
een polyubiquitine
2. Het complex wordt herkent en naar de kern getransporteerd
voor DNA reparatie
→ het binden van ubiquitine kost energie, hierbij zijn enzymen betrokken:
- E1 activeert ubiquitine met behulp van ATP en bindt ubiquitine aan
een ubiquitine conjugerend enzym E2
- E3 herkent een degradatie signaal en
bindt dit eiwit
- E2 bindt het E3 eiwit gebonden aan het
eiwit
- E2 zorgt voor het ontstaan van een
isopeptide binding tussen lysine van het
eiwit en ubiquitine
5. GTPases → binding van GTP zorgt altijd voor een actieve conformatie
a. Binding van GTP aan een eiwit zorgt voor een actieve conformatie
b. GAP kan GTP hydrolyseren waarbij GDP ontstaat
i. Binding van GDP geeft een inactieve conformatie
c. GEF kan vervolgens GDP loskoppelen waarbij opnieuw GTP kan binden
i. Voorbeeld: RAS pathway (darmkanker)
1. RAS is een GTP bindend eiwit en is na binding van GTP actief
2. RAS + GTP zorgt voor activatie van de MAPK pathway →
activeren van celdeling
→ door mutaties bij kanker is alleen het RAS + GTP aanwezig
en zal de RAS-GDP conformatie nauwelijks voorkomen
3
, Chapter 11: Gates, channels and the nervous system
Membraantransport
→ membranen zijn selectief permeabel = sommige stoffen wel door de membraan worden
doorgelaten en andere stoffen weer niet
- Dubbele lipide laag met polaire delen naar buiten en apolaire (hydrofobe) delen naar
binnen
- Hierdoor kunnen hydrofobe stoffen makkelijk passeren
- Ongeladen polaire deeltjes kunnen soms passeren, soms niet
- Ionen worden door hun lading afgestoten en kunne niet passeren
- Ion compositie buiten en binnen de cel is erg verschillend
- Binnen in de cel is weinig natrium en veel kalium → negatief geladen
- Buiten de cel is veel natrium weinig kalium → positief geladen
Transporters en kanalen verhogen de snelheid van transmembraan diffusie van opgeloste
stoffen die niet vrij over het membraan kunnen bewegen
- Transporters zijn passief of actief
- Passief → zonder ATP
- Werkt met de concentratie- of elektrochemische gradiënt mee
- Ondergaan random conformatieveranderingen waardoor stoffen over
het membraan getransporteerd kunnen worden
- Actief → met ATP (of andere energiebron zoals fosforylering of licht)
- Werkt tegen de concentratiegradiënt in
- Coupled transport → een stof wordt gebruikt om een andere stof
tegen de gradiënt in te krijgen
- Symport → beide stoffen bewegen dezelfde kant op
- Antiport → beide stoffen bewegen tegenovergestelde kant op
→ er zijn verschillende type ATP pompen
- P-type pump → fosforylering (P afkomstig van ATP) zorgt voor een
conformatieverandering
- ATPase (linksonder) → ATP binding zorgt voor een
conformatieverandering waarbij stoffen kunnen binden.
Autofosforylatie van het enzym waarbij ADP los laat en ATP
bindt (gevolgd door conformatieverandering). De gebonden
stoffen worden losgelaten en de fosfaatgroep laat los → cyclus
begint opnieuw
- Natrium/Kalium pomp (rechtsonder)
4
