1 Het ontstaan van leven op aarde: van
biomolecules tot cel
POPULATIE
• Biosfeer > ecosysteem > populatie > soort
ORGANISME
• Organisme > orgaansysteem > orgaan > weefsel
CEL
• Cel > organel > macromolecule > molecule > atomen
1.1 Koolstof als basisatoom
Koolstof = centrale atoom in alle biomoleculen
covalente bindingen met andere atomen : H, N, O, S en P (vormen:
kettingen of ringen)
Koolwaterstoffen, opgebouwd uit alleen koolstof en waterstof=
apolair(fossiele brandstoffen), veel andere biomoleculen polair door
andere atomen met verschillende EN
Types isomeren:
structurele isomeren: hebben verschillende koolstofskelets
stereoisomeren: dezelfde structuur maar verschillende ruimtelijke
plaatsing
o enantiomeren: elkaars spiegelbeeld en beïnvloeden
gepolariseerd licht, molecule dat spiegelbeeld versies heeft,
noemt men chiraal.
Levensprocessen maken vaak gebruik van slechts één van de twee
mogelijke enantiomeren, zoals D-suikers en L-aminozuren.
1.2 Biomoleculen
Naast water zijn de meeste cellulaire processen afhankelijk van
koolstofhoudende verbindingen:
Eiwitten: Bieden structuur en fungeren als katalysatoren
(signaalmoleculen).
Nucleïnezuren: Coderen en bewaren en geven genetische
informatie door.
1
, Koolhydraten: Dienen als energiebron en als bouwstenen voor
celwanden.
Lipiden: Vormen celmembranen en slaan energie op.
Deze biomoleculen zijn vaak grote polymeren, bestaande uit herhaalde
eenheden Eiwitten zijn polymeren van aminozuren, nucleïnezuren zijn
een aaneenschakeling van nucleotides, en koolhydraten zijn een
opeenvolging van eenvoudige suikers. De volgorde van deze eenheden
bepaalt hun functie, typisch is dat ze een volgorde en richting hebben.
Lipiden zijn vetzuurketens zijn aan mekaar verankerd door glycerol ter
vorming van triglyceriden.
1.2.1 Koolhydraten
Koolhydraten bestaan uit koolstof (C), waterstof (H) en zuurstof (O), met
de algemene formule (CH2O)n.
De eenvoudigste vorm is monosacchariden, ze kunnen voorkomen als
lineair maar in een waterige omgeving vormen ze meestal ringstructuren.
isomeren
Monosacchariden kunnen combineren tot disacchariden (cyclische
vorm) dmv glycosidebindingen en daarna polysacchariden , die als
energievoorraden of structurele componenten functioneren in organismen.
Suikers met een aldehydegroep zijn aldose suikers, en suikers met een
ketongroep worden ketose (vb.fructose) suikers genoemd.
2
,1.2.2 Nucleïnezuren
Nucleïnezuren (DNA en RNA) zijn cruciale informatiedragers binnen cellen
opgebouwd uit deoxynucleotiden en ribonucleotiden, een suiker
(deoxyribose of ribose), een stikstofhoudende base (purines: guanine en
adenine; pyrimidines: cytosine, thymine in DNA en uracil in RNA) en een
fosfaatgroep
verbonden via fosfodiesterbindingen, wat een richting (5' naar 3') geeft.
De ontdekking van de dubbele helix werd gedaan in jaren 50, door deze 3
mensen (Krick, Watson en Wilkins). Rosalind Franklin (één van de eerste
vrouwen die dit onderzocht) maakte als eerste een foto dat duidelijk
maakte dat DNA een dubbele helix was. De nobelprijs is niet aan haar
gegeven (dood).
G&C 3 bruggen
A&T 2 bruggen makkelijker splitsbaar
Nucleotiden vormen een dubbele helix door waterstofbruggen tussen
complementaire basen.
Helix +histonen nucleosomenchromatine chromosoom
De structuur is zeer belangrijk, deze bepaalt of hij kan afgelezen worden of
niet (eu of hetero).
Verschillende types:
mRNA: boodschapper voor eiwitsynthes
rRNA: ribosomaal RNA (vertalen van mRNA)
tRNA: transfer RNA (aminozuur translatie)
snRNA: Klein nucleair RNA (splicing en polyadenylatie)
verschillende regulerende RNAs
o microRNA (miRNA)
o korte interfererende RNAs (siRNA) die translatie inhiberen
o lange niet-coderende RNA's (lncRNA) transcriptie genen
o circulaire 10 RNAs (circRNA) die van proteine-coderend RNA
afgeleid zijn
Nucleotiden spelen ook een rol in energieprocessen, met ATP als het
belangrijkste energiemolecuul. NAD en FAD zijn electronencarriers. Het
centrale dogma van de biologie beschrijft de stroom van genetische
informatie van DNA naar RNA naar eiwit.
3
, 1.2.2.1 Transcriptie
Transcriptie omvat de omzetting van DNA naar RNA. Een gen bevat een
promoter, coderende exonen en niet-coderende intronen. Er is een
coderende streng, die complementair is aan de matrijsstreng. Bij
transcriptie zal de matrijsstreng overgeschreven worden. Transcriptie
wordt geregeld door transcriptiefactoren. Deze sequenties kunnen in de
promoter liggen, maar ook duizenden baseparen weg van het gen op
zogenaamde “enhancer” of “repressor” plaatsen. Transcriptiefactoren die
op een enhancer binden zullen transcriptie versterken, terwijl binding
op een repressor plaats leidt tot het stopzetten van transcriptie.
RNA-polymerase bindt aan de promoter en begint de transcriptie, waarbij
transcriptiefactoren de activiteit reguleren. Na transcriptie wordt het RNA
gespliced (“alternatieve splicing”, waardoor verschillende exonen
behouden blijven in de verschillende transcripten) om introns te
verwijderen en wordt het 5'-einde gecapped en krijgt het een poly-A-
staart, waardoor het mRNA klaar is voor translatie.
1.2.2.2 Translatie
Translatie vindt plaats op ribosomen, waar mRNA wordt omgezet in een
polypeptideketen in drie fasen: initiatie, elongatie en terminatie.
tRNA's brengen aminozuren naar het ribosoom, waarbij de genetische
code in triplets (codons, deze zijn degeneratief/ redundant) wordt
gelezen. Translatie start bij het START-codon (AUG) en eindigt bij STOP-
codons. Na translatie ondergaan eiwitten vaak post-translationele
modificaties, die hun functie beïnvloeden. Mutaties in het DNA kunnen
leiden tot verschillende soorten veranderingen in eiwitstructuur en functie.
Puntmutaties: slechts 1 base gewijzigd
synonym of stille (silent) mutaties: geen effect
missense mutaties: mutatie leidt tot een ander aminozuur
nonsense mutatie : een puntmutaties die leidt tot een STOP codon
deletie: meer dan 1 basepaar wegvalt
insertie: meer dan 1 basenpaar ingevoegd werd
kan leiden tot het verschuiven van het leesraam (frameshift)
4
biomolecules tot cel
POPULATIE
• Biosfeer > ecosysteem > populatie > soort
ORGANISME
• Organisme > orgaansysteem > orgaan > weefsel
CEL
• Cel > organel > macromolecule > molecule > atomen
1.1 Koolstof als basisatoom
Koolstof = centrale atoom in alle biomoleculen
covalente bindingen met andere atomen : H, N, O, S en P (vormen:
kettingen of ringen)
Koolwaterstoffen, opgebouwd uit alleen koolstof en waterstof=
apolair(fossiele brandstoffen), veel andere biomoleculen polair door
andere atomen met verschillende EN
Types isomeren:
structurele isomeren: hebben verschillende koolstofskelets
stereoisomeren: dezelfde structuur maar verschillende ruimtelijke
plaatsing
o enantiomeren: elkaars spiegelbeeld en beïnvloeden
gepolariseerd licht, molecule dat spiegelbeeld versies heeft,
noemt men chiraal.
Levensprocessen maken vaak gebruik van slechts één van de twee
mogelijke enantiomeren, zoals D-suikers en L-aminozuren.
1.2 Biomoleculen
Naast water zijn de meeste cellulaire processen afhankelijk van
koolstofhoudende verbindingen:
Eiwitten: Bieden structuur en fungeren als katalysatoren
(signaalmoleculen).
Nucleïnezuren: Coderen en bewaren en geven genetische
informatie door.
1
, Koolhydraten: Dienen als energiebron en als bouwstenen voor
celwanden.
Lipiden: Vormen celmembranen en slaan energie op.
Deze biomoleculen zijn vaak grote polymeren, bestaande uit herhaalde
eenheden Eiwitten zijn polymeren van aminozuren, nucleïnezuren zijn
een aaneenschakeling van nucleotides, en koolhydraten zijn een
opeenvolging van eenvoudige suikers. De volgorde van deze eenheden
bepaalt hun functie, typisch is dat ze een volgorde en richting hebben.
Lipiden zijn vetzuurketens zijn aan mekaar verankerd door glycerol ter
vorming van triglyceriden.
1.2.1 Koolhydraten
Koolhydraten bestaan uit koolstof (C), waterstof (H) en zuurstof (O), met
de algemene formule (CH2O)n.
De eenvoudigste vorm is monosacchariden, ze kunnen voorkomen als
lineair maar in een waterige omgeving vormen ze meestal ringstructuren.
isomeren
Monosacchariden kunnen combineren tot disacchariden (cyclische
vorm) dmv glycosidebindingen en daarna polysacchariden , die als
energievoorraden of structurele componenten functioneren in organismen.
Suikers met een aldehydegroep zijn aldose suikers, en suikers met een
ketongroep worden ketose (vb.fructose) suikers genoemd.
2
,1.2.2 Nucleïnezuren
Nucleïnezuren (DNA en RNA) zijn cruciale informatiedragers binnen cellen
opgebouwd uit deoxynucleotiden en ribonucleotiden, een suiker
(deoxyribose of ribose), een stikstofhoudende base (purines: guanine en
adenine; pyrimidines: cytosine, thymine in DNA en uracil in RNA) en een
fosfaatgroep
verbonden via fosfodiesterbindingen, wat een richting (5' naar 3') geeft.
De ontdekking van de dubbele helix werd gedaan in jaren 50, door deze 3
mensen (Krick, Watson en Wilkins). Rosalind Franklin (één van de eerste
vrouwen die dit onderzocht) maakte als eerste een foto dat duidelijk
maakte dat DNA een dubbele helix was. De nobelprijs is niet aan haar
gegeven (dood).
G&C 3 bruggen
A&T 2 bruggen makkelijker splitsbaar
Nucleotiden vormen een dubbele helix door waterstofbruggen tussen
complementaire basen.
Helix +histonen nucleosomenchromatine chromosoom
De structuur is zeer belangrijk, deze bepaalt of hij kan afgelezen worden of
niet (eu of hetero).
Verschillende types:
mRNA: boodschapper voor eiwitsynthes
rRNA: ribosomaal RNA (vertalen van mRNA)
tRNA: transfer RNA (aminozuur translatie)
snRNA: Klein nucleair RNA (splicing en polyadenylatie)
verschillende regulerende RNAs
o microRNA (miRNA)
o korte interfererende RNAs (siRNA) die translatie inhiberen
o lange niet-coderende RNA's (lncRNA) transcriptie genen
o circulaire 10 RNAs (circRNA) die van proteine-coderend RNA
afgeleid zijn
Nucleotiden spelen ook een rol in energieprocessen, met ATP als het
belangrijkste energiemolecuul. NAD en FAD zijn electronencarriers. Het
centrale dogma van de biologie beschrijft de stroom van genetische
informatie van DNA naar RNA naar eiwit.
3
, 1.2.2.1 Transcriptie
Transcriptie omvat de omzetting van DNA naar RNA. Een gen bevat een
promoter, coderende exonen en niet-coderende intronen. Er is een
coderende streng, die complementair is aan de matrijsstreng. Bij
transcriptie zal de matrijsstreng overgeschreven worden. Transcriptie
wordt geregeld door transcriptiefactoren. Deze sequenties kunnen in de
promoter liggen, maar ook duizenden baseparen weg van het gen op
zogenaamde “enhancer” of “repressor” plaatsen. Transcriptiefactoren die
op een enhancer binden zullen transcriptie versterken, terwijl binding
op een repressor plaats leidt tot het stopzetten van transcriptie.
RNA-polymerase bindt aan de promoter en begint de transcriptie, waarbij
transcriptiefactoren de activiteit reguleren. Na transcriptie wordt het RNA
gespliced (“alternatieve splicing”, waardoor verschillende exonen
behouden blijven in de verschillende transcripten) om introns te
verwijderen en wordt het 5'-einde gecapped en krijgt het een poly-A-
staart, waardoor het mRNA klaar is voor translatie.
1.2.2.2 Translatie
Translatie vindt plaats op ribosomen, waar mRNA wordt omgezet in een
polypeptideketen in drie fasen: initiatie, elongatie en terminatie.
tRNA's brengen aminozuren naar het ribosoom, waarbij de genetische
code in triplets (codons, deze zijn degeneratief/ redundant) wordt
gelezen. Translatie start bij het START-codon (AUG) en eindigt bij STOP-
codons. Na translatie ondergaan eiwitten vaak post-translationele
modificaties, die hun functie beïnvloeden. Mutaties in het DNA kunnen
leiden tot verschillende soorten veranderingen in eiwitstructuur en functie.
Puntmutaties: slechts 1 base gewijzigd
synonym of stille (silent) mutaties: geen effect
missense mutaties: mutatie leidt tot een ander aminozuur
nonsense mutatie : een puntmutaties die leidt tot een STOP codon
deletie: meer dan 1 basepaar wegvalt
insertie: meer dan 1 basenpaar ingevoegd werd
kan leiden tot het verschuiven van het leesraam (frameshift)
4
