Hoofdstuk 1: Biomoleculen
1. Klassen biomoleculen
4 klassen: bestaan uit bouwstenen
- Suikers/koolhydraten
- Lipiden/vetten
- Proteïnen/eiwitten
- Nucleïnezuren/RNA en DNA
2. Suikers
Suikers:
- Bouwstenen: monosachariden
- Bindingen: glycosidebindingen disachariden, oligosachariden, polysachariden
- Suikers zijn niet gecodeerd in genoom wel de enzymen die de suikers aanmaken
- Polymeren: variabele grootte, dus ook variabele molecuulmassa
- Functies: energiebron + structuurgevende moleculen (bv. cellulose)
- Stereochemie: Fisherprojectie
- Haworth projectie: suikers kunnen intramoleculaire bindingen maken
- Glycoside binding: chemische binding tussen 2 of meer monosachariden
- Sucrose: relatie met tandcarriers en obesitas en diabetes
- Lactose: suiker in moedermelk en koemelk
- Maltose: spijsvertering van zetmeel en in bierproductie (moleculen glucose)
Oligosachariden:
- Belang voor structuur van membranen aan buitenkant
- Verbonden met serine residu (O-gebonden) of asparagine residu (N-gebonden)
- Veel mogelijkheden: door soorten bouwstenen en glycosidebindingen
Polysachariden:
- Structuurgevende moleculen
- Cellulose en chitine: door glycoside binding tussen β14 glucose
- Cellulose: structuurpolymeer in planten (celwanden en houtvezels)
- Chitine: structuurpolymeer in ongewervelden (exoskelet en pantser)
Glucosaminoglycanen:
- 95% van suikers en 5% van eiwit
- Negatief geladen/sterk polair dus interageren goed met water
- Sommigen zijn covalent gebonden aan eiwit proteoglycanen
- Functie: in extracellulaire ruimte hyaluronzuur (oog, navelstreng, gewricht) en
heparine (bloedvaatwand, antistolling)
1
,Polysachariden:
- Handige moleculen voor energieopslag
- Zetmeel: onvertakt (amylose) en vertakt (amylopectine) D-glucose polymeer
- Glycogeen: energiereserve in lever en spieren
- Dextranen: energiereserve van bacteriën in mondholte rol ontstaan tandplaque
3. Lipiden
Lipiden:
- Bouwstenen: vetzuren + alcoholdrager (glycerol, cholesterol)
- Bindingen: ester en etherbindingen
- Slecht oplosbaar in water, goed oplosbaar in alcoholaire chemische solventen,
bv. chloroform
- Niet gecodeerd in genoom, maar wel de enzymen
- Functie: energiebron + vorming biomembranen
Vetzuren:
- Component van lipiden
- Koolwaterstofstaart + carboxylgroep
- Verzadigd: enkelvoudige C-C bindingen vast, hoge smelt T (bv. boter)
- Onverzadigd: ook dubbele C=C bindingen vloeibaar, lage smelt T (bv. visolie)
- Oleaat: vetzuur met 18 C en dubbele binding tussen C8 en C9, cis-configuratie
enkelvoudig onverzadigd vetzuur
- Functie: belangrijke macronutriënt voor energie + energievoorraad (vet)
Membraanlipiden:
- Glycerolipiden: 2 vetzuren verbonden met OH-groepen van glycerol 3e OH van
glycerol is veresterd met fosfatidyl
(fosfatidyl choline/ethanolamine/serine/inositol)
- Sfingolipiden: vetzuur op amino-alcohol sfingosine + fosfaatgroep of suikergroepen
op sfingosine
- Lipidendubbellagen: polaire koppen en apolaire staarten vormen grenzen
- Cholesterol: 4 ringstructuren, normaal niet veresterd, maar de hoge OH groep kan
interageren met vetzuren en esters maken lipid rafts (stijve structuur)
Vloeibaar mozaïekmodel van biologische membranen:
- Membraanlipiden: dubbellaag zwakke aantrekkingskracht tot elkaar vloeibaar
- Integrale membraaneiwitten met amfipatische opbouw
- Vaak suikergroepen en lipiden aan buitenzijde van membranen
- Perifere eiwitten aan integrale membraaneiwitten belangrijk voor signaaltransport
2
,4. Aminozuren en eiwitten
Aminozuren: 20 soorten
- Bouwstenen van alle eiwitten
- Voorlopers van afgeleide moleculen bv. heem, neurotransmitters, polyaminen
- Essentiële AZ: moeten we opnemen via voeding, want we maken die zelf niet aan
- Centrale C, aminogroep, H, carboxylgroep en rest wij gebruiken de L-isomeren
- Zwitterionen: aminogroep en carboxylgroep is geïoniseerd (geladen bij pH = 7,4)
- Tetradecapeptide in water: polaire zijketens interageren met water, de apolaire niet
- Aminogroep en carboxylgroep interageren tot peptideketens (H komt vrij)
Eiwitten:
- Meest prominente uitvoerders van functie (structuur, signaal, bescherming)
- 15% lichaamsgewicht is mengsel van eiwitten
- Eiwitten liggen gecodeerd in genen in genoom
- Belangrijkste voedingsgroep van macronutriënten
- Eiwitondervoeding: belangrijkste oorzaak kindersterfte
Primaire structuur: zeer belangrijk unieke eig. van elk eiwit
- Runderinsuline: 2 AZ ketens (A-keten met 21 en B-keten met 30 residu’s)
- 2 ketens verbonden door 2 zwavelbruggen S-S
- Runderinsuline lijkt op insuline van mens
- Orthologie: vergelijking van zelfde type eiwit in verschillende diersoorten
hoe groter de sequentievergelijking, hoe groter het functionele belang
- Cytochroom c: onderdeel van ademhalingsketen hogere seq. homologie tussen
mens en baviaan, dan tussen mens en kikker cyt c van mens en
baviaan zijn orthologe eiwitten
Paraloge verwantschap: seq. homologie van eiwitten binnen 1 organisme (bv. insuline)
- Primaire structuur van insuline lijkt op die van IGF1 en IGF2 (peptidehormonen)
paralogen
- Evolutie: een gen kan muteren om een eiwit met optimale functie maken het
gedupliceerde eiwit kan zijn functie verliezen of kan verder muteren om een
2e eiwit te maken met een nieuwe functie
- Bijna alle menselijke genen hebben > 2 paralogen 2 genoomduplicaties gebeurd in
een oervertebraat kopies: opstapeling van sequentieverschillen
Serine en Threonine kunnen gemodificeerd worden:
- Mechanisme: reversibele covalente verandering in de chemische opbouw van de
zijketen
- Forforylering: ATP nodig en ondersteund door proteïne kinasen verandering van
structuur, lading en eiwitfunctie belangrijk metabool proces
3
, Non-polair en alifatische R-groepen:
- Glycine Gly: enige niet-asymmetrische molecule, geen zijketen en verleent
conformationele flexibiliteit
- Valine Val V
- Methionine Met M
- Alanine Ala A inerte en alifatische zijketen, apolair/hydrofoob, geen
- Leucine Leu L functionele groepen, zijketens willen samen clusteren
- Isoleucine Ile I Leu en Ile zijn structuurisomeren
Polaire en ongeladen R-groepen:
- Serine Ser S polair door OH-groep, vorming H-bruggen en fosforylatie mogelijk
- Threonine Thr T
- Cysteïne Cys C: Sulfhydryl R-groep geeft polariteit, ioniseert op lichte alkanische pH,
door oxidatie kan het een disulfide vormen, ionisatie genereert sterk
nucleofiele zwavelgroep
- Proline Pro P: cyclisch, gematigd polair, bevordert knik in de peptideketen
- Asparagine Asn N de amiden van asparaginezuur en glutaminezuur, polair en
- Glutamine Gln Q kunnen H doneren/accepteren bij vorming H-bruggen
Aromatische R-groepen: hydrofobe zijketens, nemen deel aan hydrofobe interacties
- Phenylalanine Phe F: zijring lijkt op benzeenring, apolair, hydrofoob, weinig reactief
- Tyrosine Tyr Y: R-keten met OH, dus intermediair polair, vorming H-bruggen mogelijk,
OH-groep kan gefosforyleerd worden door tyrosinekinasen
- Tryptophan Trp W: intermediair polair (door N in indolring), grootste zijketen
absorberen UV en vandaar sterke absorptie van licht
(spectrofotometer: absorptie van licht door eiwitstaal meten)
Positief geladen R-groepen:
- Lysine Lys L: heeft 2e primaire aminogroep, pKa van 10, dus sterk + geladen
- Arginine Arg R: heeft + geladen guanidinogroep, pKa van 10
- Histidine His H: imidazole R-groep, pKa van 7, niet geladen vorm: 1 N elektrofiel en
donor H, en andere N is nucleofiel en acceptor H
Negatief geladen R-groepen:
- Aspartaat Asp D carboxylgroepen als zijketens, pKa van 3,65 en 4,25
- Glutamaat Glu E volledige ionisatie bij pH 7, zeer polair, sterke - lading
4
1. Klassen biomoleculen
4 klassen: bestaan uit bouwstenen
- Suikers/koolhydraten
- Lipiden/vetten
- Proteïnen/eiwitten
- Nucleïnezuren/RNA en DNA
2. Suikers
Suikers:
- Bouwstenen: monosachariden
- Bindingen: glycosidebindingen disachariden, oligosachariden, polysachariden
- Suikers zijn niet gecodeerd in genoom wel de enzymen die de suikers aanmaken
- Polymeren: variabele grootte, dus ook variabele molecuulmassa
- Functies: energiebron + structuurgevende moleculen (bv. cellulose)
- Stereochemie: Fisherprojectie
- Haworth projectie: suikers kunnen intramoleculaire bindingen maken
- Glycoside binding: chemische binding tussen 2 of meer monosachariden
- Sucrose: relatie met tandcarriers en obesitas en diabetes
- Lactose: suiker in moedermelk en koemelk
- Maltose: spijsvertering van zetmeel en in bierproductie (moleculen glucose)
Oligosachariden:
- Belang voor structuur van membranen aan buitenkant
- Verbonden met serine residu (O-gebonden) of asparagine residu (N-gebonden)
- Veel mogelijkheden: door soorten bouwstenen en glycosidebindingen
Polysachariden:
- Structuurgevende moleculen
- Cellulose en chitine: door glycoside binding tussen β14 glucose
- Cellulose: structuurpolymeer in planten (celwanden en houtvezels)
- Chitine: structuurpolymeer in ongewervelden (exoskelet en pantser)
Glucosaminoglycanen:
- 95% van suikers en 5% van eiwit
- Negatief geladen/sterk polair dus interageren goed met water
- Sommigen zijn covalent gebonden aan eiwit proteoglycanen
- Functie: in extracellulaire ruimte hyaluronzuur (oog, navelstreng, gewricht) en
heparine (bloedvaatwand, antistolling)
1
,Polysachariden:
- Handige moleculen voor energieopslag
- Zetmeel: onvertakt (amylose) en vertakt (amylopectine) D-glucose polymeer
- Glycogeen: energiereserve in lever en spieren
- Dextranen: energiereserve van bacteriën in mondholte rol ontstaan tandplaque
3. Lipiden
Lipiden:
- Bouwstenen: vetzuren + alcoholdrager (glycerol, cholesterol)
- Bindingen: ester en etherbindingen
- Slecht oplosbaar in water, goed oplosbaar in alcoholaire chemische solventen,
bv. chloroform
- Niet gecodeerd in genoom, maar wel de enzymen
- Functie: energiebron + vorming biomembranen
Vetzuren:
- Component van lipiden
- Koolwaterstofstaart + carboxylgroep
- Verzadigd: enkelvoudige C-C bindingen vast, hoge smelt T (bv. boter)
- Onverzadigd: ook dubbele C=C bindingen vloeibaar, lage smelt T (bv. visolie)
- Oleaat: vetzuur met 18 C en dubbele binding tussen C8 en C9, cis-configuratie
enkelvoudig onverzadigd vetzuur
- Functie: belangrijke macronutriënt voor energie + energievoorraad (vet)
Membraanlipiden:
- Glycerolipiden: 2 vetzuren verbonden met OH-groepen van glycerol 3e OH van
glycerol is veresterd met fosfatidyl
(fosfatidyl choline/ethanolamine/serine/inositol)
- Sfingolipiden: vetzuur op amino-alcohol sfingosine + fosfaatgroep of suikergroepen
op sfingosine
- Lipidendubbellagen: polaire koppen en apolaire staarten vormen grenzen
- Cholesterol: 4 ringstructuren, normaal niet veresterd, maar de hoge OH groep kan
interageren met vetzuren en esters maken lipid rafts (stijve structuur)
Vloeibaar mozaïekmodel van biologische membranen:
- Membraanlipiden: dubbellaag zwakke aantrekkingskracht tot elkaar vloeibaar
- Integrale membraaneiwitten met amfipatische opbouw
- Vaak suikergroepen en lipiden aan buitenzijde van membranen
- Perifere eiwitten aan integrale membraaneiwitten belangrijk voor signaaltransport
2
,4. Aminozuren en eiwitten
Aminozuren: 20 soorten
- Bouwstenen van alle eiwitten
- Voorlopers van afgeleide moleculen bv. heem, neurotransmitters, polyaminen
- Essentiële AZ: moeten we opnemen via voeding, want we maken die zelf niet aan
- Centrale C, aminogroep, H, carboxylgroep en rest wij gebruiken de L-isomeren
- Zwitterionen: aminogroep en carboxylgroep is geïoniseerd (geladen bij pH = 7,4)
- Tetradecapeptide in water: polaire zijketens interageren met water, de apolaire niet
- Aminogroep en carboxylgroep interageren tot peptideketens (H komt vrij)
Eiwitten:
- Meest prominente uitvoerders van functie (structuur, signaal, bescherming)
- 15% lichaamsgewicht is mengsel van eiwitten
- Eiwitten liggen gecodeerd in genen in genoom
- Belangrijkste voedingsgroep van macronutriënten
- Eiwitondervoeding: belangrijkste oorzaak kindersterfte
Primaire structuur: zeer belangrijk unieke eig. van elk eiwit
- Runderinsuline: 2 AZ ketens (A-keten met 21 en B-keten met 30 residu’s)
- 2 ketens verbonden door 2 zwavelbruggen S-S
- Runderinsuline lijkt op insuline van mens
- Orthologie: vergelijking van zelfde type eiwit in verschillende diersoorten
hoe groter de sequentievergelijking, hoe groter het functionele belang
- Cytochroom c: onderdeel van ademhalingsketen hogere seq. homologie tussen
mens en baviaan, dan tussen mens en kikker cyt c van mens en
baviaan zijn orthologe eiwitten
Paraloge verwantschap: seq. homologie van eiwitten binnen 1 organisme (bv. insuline)
- Primaire structuur van insuline lijkt op die van IGF1 en IGF2 (peptidehormonen)
paralogen
- Evolutie: een gen kan muteren om een eiwit met optimale functie maken het
gedupliceerde eiwit kan zijn functie verliezen of kan verder muteren om een
2e eiwit te maken met een nieuwe functie
- Bijna alle menselijke genen hebben > 2 paralogen 2 genoomduplicaties gebeurd in
een oervertebraat kopies: opstapeling van sequentieverschillen
Serine en Threonine kunnen gemodificeerd worden:
- Mechanisme: reversibele covalente verandering in de chemische opbouw van de
zijketen
- Forforylering: ATP nodig en ondersteund door proteïne kinasen verandering van
structuur, lading en eiwitfunctie belangrijk metabool proces
3
, Non-polair en alifatische R-groepen:
- Glycine Gly: enige niet-asymmetrische molecule, geen zijketen en verleent
conformationele flexibiliteit
- Valine Val V
- Methionine Met M
- Alanine Ala A inerte en alifatische zijketen, apolair/hydrofoob, geen
- Leucine Leu L functionele groepen, zijketens willen samen clusteren
- Isoleucine Ile I Leu en Ile zijn structuurisomeren
Polaire en ongeladen R-groepen:
- Serine Ser S polair door OH-groep, vorming H-bruggen en fosforylatie mogelijk
- Threonine Thr T
- Cysteïne Cys C: Sulfhydryl R-groep geeft polariteit, ioniseert op lichte alkanische pH,
door oxidatie kan het een disulfide vormen, ionisatie genereert sterk
nucleofiele zwavelgroep
- Proline Pro P: cyclisch, gematigd polair, bevordert knik in de peptideketen
- Asparagine Asn N de amiden van asparaginezuur en glutaminezuur, polair en
- Glutamine Gln Q kunnen H doneren/accepteren bij vorming H-bruggen
Aromatische R-groepen: hydrofobe zijketens, nemen deel aan hydrofobe interacties
- Phenylalanine Phe F: zijring lijkt op benzeenring, apolair, hydrofoob, weinig reactief
- Tyrosine Tyr Y: R-keten met OH, dus intermediair polair, vorming H-bruggen mogelijk,
OH-groep kan gefosforyleerd worden door tyrosinekinasen
- Tryptophan Trp W: intermediair polair (door N in indolring), grootste zijketen
absorberen UV en vandaar sterke absorptie van licht
(spectrofotometer: absorptie van licht door eiwitstaal meten)
Positief geladen R-groepen:
- Lysine Lys L: heeft 2e primaire aminogroep, pKa van 10, dus sterk + geladen
- Arginine Arg R: heeft + geladen guanidinogroep, pKa van 10
- Histidine His H: imidazole R-groep, pKa van 7, niet geladen vorm: 1 N elektrofiel en
donor H, en andere N is nucleofiel en acceptor H
Negatief geladen R-groepen:
- Aspartaat Asp D carboxylgroepen als zijketens, pKa van 3,65 en 4,25
- Glutamaat Glu E volledige ionisatie bij pH 7, zeer polair, sterke - lading
4
