Biochemie: biomolecule en katalyse
DEEL 1: HET MOLECULAIRE ONTWERP VAN HET LEVEN
Hoofdstuk 1: biochemie in ontzag voor het leven
1.1 Het leven in een notendop
1.1.1 Biologische diversiteit en biochemische eenheid
Biochemie = tak van wetenschap die zich bezighoudt met de studie v/d onderliggende moleculaire en cellulaire
processen die het leven ondersteunen
• Planeet Aarde bevat iets heel unieks en kostbaars: leven
• Het leven is in de loop van miljarden jaren in veel verschillende vormen geëvolueerd
• Er is een grote diversiteit, maar op niveau van moleculen is er eenheid
Aarde evolutie in 24u:
0u Ontstaan v/d aarde
0-5u Primordiale soep met 1e uni-cellulaire organismen (nodig voor bestaan van verdere
organismen)
20:30-21u 1e algen, multicellulaire organismen en schaaldieren
22-23u 1e planten en dinosaurussen
Net voor 24u Ontstaan v/d mens
LUCA (last universal common ancestor) = hypothetisch ééncellig organisme dat de evolutionaire voorouder zou
zijn van hedendaagse organisme
1
,3 groepen:
1) Archaea:
o Hebben geen echte kern
o Hebben paar belangrijke eigenschappen (ook terug te vinden bij eukaryoten)
o Proteobacteriën (gaf aanleiding tot mitochondriën)
2) Bacteriën:
o Cyanobacteriën zorgen onder andere voor fotosynthese (gaf aanleiding tot chloroplasten)
3) Virussen:
o Gezien als niet levend want kunnen zich niet zelf voorplanten à gastheer nodig
1. Kenmerken v/h leven
1) Enorme biologische diversiteit
• Ongeveer 8,7 miljoen verschillende levende soorten op aarde
• Zien er allemaal anders uit en hebben zich aangepast aan hun habitat
• Makkelijk onderscheid tussen maken
2) Levende organismen hebben een cellulair bestaan
• Ontwikkeling v/d microscoop
• Grote organismen zijn opgebouwd uit cellen
• Gelijkenis met eencellige organismen
3) Het leven heeft een moleculair ontwerp
• Ontwikkeling van biochemische wetenschappen
• Op moleculair niveau lijken levende organismen sterk op elkaar à biochemische eenheid
Besluit:
• Biochemische eenheid ligt ten grondslag aan biologische diversiteit!
• Ook al zien twee organismen er totaal verschillend uit, de processen die op cellulair en moleculair
niveau plaatsvinden, lijken vaak sterk op elkaar (of zelfs identiek
1.1.2 Biologische moleculen zijn ontstaan uit anorganische materialen
Prebiotische tijdperk = periode met veel vulkaanuitbarstingen, veel bliksem, veel botsingen van moleculen
waardoor andere moleculen ontstonden & veel water aanwezig (essentieel voor evolutie!)
Waar kwamen dan 1e organische moleculen vandaan?
• Ze zijn nodig om cellen te bouwen + leven in stand houden
• Ontstaan uit anorganische materialen
2
,1. Hypothese 1: abiotische/organische origine
Experiment door Stanley Miller = probeerde situatie van prebiotische tijdperk na te bootsen
Opstelling:
Waterbad Water in gasfase (verwarmd)
Atmosfeer Anoxisch gasmengsel van CH4, NH3, H2 (reageert met stoom)
Bliksem Elektrische vonk
Regen Condensor koelt gassen om vloeibaar water te produceren
Recirculatie Proces continu laten verlopen (gesloten systeem)
Resultaat:
• Gas bevat CO2 en CO
• Vloeistof bevat organische moleculen (aminozuren, lactaten, acetaten, ect)
Verfijning van het Miller-experiment (2010):
• Zelfde experimentele opstelling
• Opname van H2S om vulkanische activiteit na te bootsen
• Gebruik van UV-straling in plaats van “bliksem”
Resultaat na een paar dagen:
• Gas bevat CO2 en CO
• Vloeistof bevat een grotere verscheidenheid aan organische verbindingen (23 aminozuren, 7
organische zwavelverbindingen, lipiden, enz.)
2. Hypothese 2: buitenaardse oorsprong
• Ruimtemissies hebben komeetstof geïdentificeerd dat organische verbindingen op aarde bevat
• Organische verbindingen die via kometen en meteoren naar de aarde worden gebracht
3. Welke hypothese klopt?
• Weet men niet + maakt niet uit
• Eindresultaat is belangrijk: creatie v/e oersoep/ primoridale soep
• Dit is een oplossing rijk aan organische verbindingen in de primitieve oceanen v/e aarde
• Hieruit zou het leven zijn ontstaan
• Organische groepen worden gekaraktiriseerd door functionele groepen
• Alles in kleinere ruimtes zorgt voor meer reacties à waarschijnlijk gebeurt voor alles ontstond
Condensatie reacties = genereerden polymeren met biologische activiteit uit monomere bouwstenen
3
, (!) Functionele groepen moet je kennen en kunnen tekenen!
1.1.3 Levende organisme kennen een cellulair bestaan
Genese van LUCA (last universal commen ancestor) = lipide-achtige moleculen in de oersoep vormden
ingesloten blaasjes waardoor verschillende biomoleculen werden gevangen en in een besloten ruimte werden
gevangen
• Opkomst van de prokaryoten: bevatten 2 v/d 3 domeinen v/h leven bacteriën en archaea
• Evolutie van verschillende manieren om verbindingen te metaboliseren
1. Evolutie van prokaryoten
Anaërobe prokaryoten:
• Aarde was anoxisch1
• Waarschijnlijk extremofielen (= organismen die in extreme omstandigheden kunnen overleven)
• Waarschijnlijk chemotrofen (= autotroof of heterotroof organisme dat benodigde energie verkrijgt
door oxidatie van chemische verbindingen zoals (an)organische verbindingen)
1
Zuurstofloos
4
DEEL 1: HET MOLECULAIRE ONTWERP VAN HET LEVEN
Hoofdstuk 1: biochemie in ontzag voor het leven
1.1 Het leven in een notendop
1.1.1 Biologische diversiteit en biochemische eenheid
Biochemie = tak van wetenschap die zich bezighoudt met de studie v/d onderliggende moleculaire en cellulaire
processen die het leven ondersteunen
• Planeet Aarde bevat iets heel unieks en kostbaars: leven
• Het leven is in de loop van miljarden jaren in veel verschillende vormen geëvolueerd
• Er is een grote diversiteit, maar op niveau van moleculen is er eenheid
Aarde evolutie in 24u:
0u Ontstaan v/d aarde
0-5u Primordiale soep met 1e uni-cellulaire organismen (nodig voor bestaan van verdere
organismen)
20:30-21u 1e algen, multicellulaire organismen en schaaldieren
22-23u 1e planten en dinosaurussen
Net voor 24u Ontstaan v/d mens
LUCA (last universal common ancestor) = hypothetisch ééncellig organisme dat de evolutionaire voorouder zou
zijn van hedendaagse organisme
1
,3 groepen:
1) Archaea:
o Hebben geen echte kern
o Hebben paar belangrijke eigenschappen (ook terug te vinden bij eukaryoten)
o Proteobacteriën (gaf aanleiding tot mitochondriën)
2) Bacteriën:
o Cyanobacteriën zorgen onder andere voor fotosynthese (gaf aanleiding tot chloroplasten)
3) Virussen:
o Gezien als niet levend want kunnen zich niet zelf voorplanten à gastheer nodig
1. Kenmerken v/h leven
1) Enorme biologische diversiteit
• Ongeveer 8,7 miljoen verschillende levende soorten op aarde
• Zien er allemaal anders uit en hebben zich aangepast aan hun habitat
• Makkelijk onderscheid tussen maken
2) Levende organismen hebben een cellulair bestaan
• Ontwikkeling v/d microscoop
• Grote organismen zijn opgebouwd uit cellen
• Gelijkenis met eencellige organismen
3) Het leven heeft een moleculair ontwerp
• Ontwikkeling van biochemische wetenschappen
• Op moleculair niveau lijken levende organismen sterk op elkaar à biochemische eenheid
Besluit:
• Biochemische eenheid ligt ten grondslag aan biologische diversiteit!
• Ook al zien twee organismen er totaal verschillend uit, de processen die op cellulair en moleculair
niveau plaatsvinden, lijken vaak sterk op elkaar (of zelfs identiek
1.1.2 Biologische moleculen zijn ontstaan uit anorganische materialen
Prebiotische tijdperk = periode met veel vulkaanuitbarstingen, veel bliksem, veel botsingen van moleculen
waardoor andere moleculen ontstonden & veel water aanwezig (essentieel voor evolutie!)
Waar kwamen dan 1e organische moleculen vandaan?
• Ze zijn nodig om cellen te bouwen + leven in stand houden
• Ontstaan uit anorganische materialen
2
,1. Hypothese 1: abiotische/organische origine
Experiment door Stanley Miller = probeerde situatie van prebiotische tijdperk na te bootsen
Opstelling:
Waterbad Water in gasfase (verwarmd)
Atmosfeer Anoxisch gasmengsel van CH4, NH3, H2 (reageert met stoom)
Bliksem Elektrische vonk
Regen Condensor koelt gassen om vloeibaar water te produceren
Recirculatie Proces continu laten verlopen (gesloten systeem)
Resultaat:
• Gas bevat CO2 en CO
• Vloeistof bevat organische moleculen (aminozuren, lactaten, acetaten, ect)
Verfijning van het Miller-experiment (2010):
• Zelfde experimentele opstelling
• Opname van H2S om vulkanische activiteit na te bootsen
• Gebruik van UV-straling in plaats van “bliksem”
Resultaat na een paar dagen:
• Gas bevat CO2 en CO
• Vloeistof bevat een grotere verscheidenheid aan organische verbindingen (23 aminozuren, 7
organische zwavelverbindingen, lipiden, enz.)
2. Hypothese 2: buitenaardse oorsprong
• Ruimtemissies hebben komeetstof geïdentificeerd dat organische verbindingen op aarde bevat
• Organische verbindingen die via kometen en meteoren naar de aarde worden gebracht
3. Welke hypothese klopt?
• Weet men niet + maakt niet uit
• Eindresultaat is belangrijk: creatie v/e oersoep/ primoridale soep
• Dit is een oplossing rijk aan organische verbindingen in de primitieve oceanen v/e aarde
• Hieruit zou het leven zijn ontstaan
• Organische groepen worden gekaraktiriseerd door functionele groepen
• Alles in kleinere ruimtes zorgt voor meer reacties à waarschijnlijk gebeurt voor alles ontstond
Condensatie reacties = genereerden polymeren met biologische activiteit uit monomere bouwstenen
3
, (!) Functionele groepen moet je kennen en kunnen tekenen!
1.1.3 Levende organisme kennen een cellulair bestaan
Genese van LUCA (last universal commen ancestor) = lipide-achtige moleculen in de oersoep vormden
ingesloten blaasjes waardoor verschillende biomoleculen werden gevangen en in een besloten ruimte werden
gevangen
• Opkomst van de prokaryoten: bevatten 2 v/d 3 domeinen v/h leven bacteriën en archaea
• Evolutie van verschillende manieren om verbindingen te metaboliseren
1. Evolutie van prokaryoten
Anaërobe prokaryoten:
• Aarde was anoxisch1
• Waarschijnlijk extremofielen (= organismen die in extreme omstandigheden kunnen overleven)
• Waarschijnlijk chemotrofen (= autotroof of heterotroof organisme dat benodigde energie verkrijgt
door oxidatie van chemische verbindingen zoals (an)organische verbindingen)
1
Zuurstofloos
4
