BIOCHEMIE I: HET MOLECULAIR
ONTWERP VAN HET LEVEN
Examen: zeker biomoleculen kunnen herkennen en tekenen!
Tekst in kaders zijn belangrijke conclusies
HOOFDSTUK 1: IN BEWONDERING VOOR HET LEVEN
1.1 HET LEVEN IN EEN NOTENDOPJE
1.1.1 BIOCHEMISCHE EENHEID IS ONDERLIGGEND AAN BIOLOGISCHE
DIVERSITEIT
• Biochemie bestudeert de moleculaire en cellulaire processen die het leven
mogelijk maken
• 24 uren klok
o Eerste levende organismen pas om 5u
o Multicellulaire organismen ontstaan om 20u
o Eerste planten ontstaan om 22u
o De mens ontstond enkele seconden voor middernacht
• Tree of life
o Bevat 3 grote levensdomeinen
§ Bacteriën = prokaryoten
§ Archaea = prokaryoten
§ Eukaryoten (dieren, planten, fungi)
§ Alle levende organismen zijn afkomstig van LUCA (Last Universal
Common Ancestor)
o Niet-levende organismen
§ Virussen: grote impact op ons
§ Voor elke soort bestaat minsten 1 virus die ze kan infecteren
§ Hebben een gastheercel nodig om voort te planten
o Proteobacteriën: geven aanleiding tot de mitochondriën
o Cyanobacteriën: geven aanleiding tot de chloroplasten
1
,Wat kunnen we zeggen over het leven?
• Het leven is gekarakteriseerd door een enorme biologische diversiteit
• Levende organismen hebben een cellulair bestaan
o Dia 10: organismen zijn moeilijk te onderscheiden op cellulair niveau
o Dia 11: al deze moleculen komen voor in alle soorten => kun je niet
onderscheiden
§ Ze gebruiken allemaal deze biomoleculen zodat ze kunnen
overleven
• Het leven heeft een moleculair ontwerp
o Hoe macroscopischer, hoe meer diversiteit
o Hoe microscopischer, hoe meer gelijkheid
o Alle organismen bevatten DNA, water, suiker, eiwitten, vetten
Conclusie:
Biochemische eenheid ligt ten grondslag aan biologische diversiteit!
Hoewel twee organismen er volledig verschillend kunnen uitzien, zijn de processen die
zich op cellulair en moleculair niveau afspelen vaak sterk vergelijkbaar (of zelfs
identiek). De diversiteit die het leven biedt, heeft onderliggende cellulaire, moleculaire
en vooral mechanistische aspecten die behouden blijven in alle domeinen van het
leven.
De fundamentele bouwstenen van het leven (cellen, moleculen) worden allemaal
gebruikt binnen een gemeenschappelijk biochemisch kader.
2
,1.1.2 BIOLOGISCHE MOLECULEN ZIJN ONTSTAAN UIT ANORGANISCHE
MATERIALEN
• Vroeger geen ideale omstandigheden
o Veel vulkanische activiteit, stormen en UV-straling
Hypothese 1: abiotische/anorganische oorsprong
• Hypothese: Alle organische moleculen hebben een anorganische oorsprong. Er
was een prebiotische era (geen leven) waar waarschijnlijk al water, bliksem,
vulkanische activiteit en gassen aanwezig waren. Op een bepaald moment zijn
de stoffen met elkaar gaan interageren, wat geleid heeft tot de vorming van
organische moleculen.
• Experiment van Stanley Miller
o Bootste de oude aarde na (vroege atmosfeer)
o Spanningsverschil in de bol => vonk (bliksem nabootsen)
o Resultaat na enkele dagen:
§ CO en CO2 aanwezig
§ AZ, lactaat, acetaat in vloeibaar mengsel (organische
verbindingen)
• Verfijning van het Miller-experiment
o Dezelfde experimentele opstelling
o Toevoeging van H2S om vulkanische activiteit na te bootsen
o Uv-straling in de plaats van bliksem
o Resultaat na enkele dagen:
§ CO en CO2 aanwezig
§ Vloeistof bevat grotere verscheidenheid aan organische
verbindingen -> grote diversiteit
Hypothese 2: buitenaardse oorsprong
• Ruimtemissies identificeerden komeetstof dat organische verbindingen bevat
die op aarde gevonden worden
• Organische verbindingen zijn naar de aarde gebracht via kometen en meteoren
3
, Combinatie van beide hypotheses
• Primordiale soep (= waterige oplossing rijk aan organische verbindingen in de
primitieve oceanen van de aarde, waaruit het leven zou ontstaan)
o Verschillende organische verbindingen, gekenmerkt door hun functionele
groepen
§ Functionele groepen kunnen herkennen en kunnen koppelen aan
eigenschappen
o Biomoleculen reageren spontaan wanneer ze op de juiste plek en manier
tegen elkaar botsen
o Condensatiereacties vormden hierbij actieve polymeren uit monomeren,
maar werden later beperkter
1.1.3 LEVENDE ORGANISMEN KENNEN EEN CELLULAIR BESTAAN
• Chemische reacties tussen biomoleculen kunnen spontaan plaatsvinden
wanneer de moleculen perfect aligneren
o Probleem: goede positie vereist dat de moleculen dicht bij elkaar zijn =>
ontstaan celmembranen (afgesloten ruimtes)
o Lipide-achtige moleculen in de oersoep vormden blaasjes waarin
biomoleculen werden opgesloten => ontstaan van LUCA
• Celmembraan gaf aanleiding tot het ontstaan van de prokaryoten (Bacteria en
Archaea)
o Vanaf prokaryoten: evolutie om brandstoffen te metaboliseren
o Anaerobe prokaryoten: metabolisme zonder zuurstof (meeste)
• Extremofielen: leven onder extreme omstandigheden (vulkanen,
warmwaterpoelen, …)
• Chemotrofen: energie uit oxidatie van chemische brandstoffen (anorganisch of
organisch)
o Chemoautotrofen: energie uit oxidatie van anorganische moleculen +
CO₂ als bron
o Chemoheterotrofen: energie uit oxidatie van organische moleculen +
CO₂ als bron
4
ONTWERP VAN HET LEVEN
Examen: zeker biomoleculen kunnen herkennen en tekenen!
Tekst in kaders zijn belangrijke conclusies
HOOFDSTUK 1: IN BEWONDERING VOOR HET LEVEN
1.1 HET LEVEN IN EEN NOTENDOPJE
1.1.1 BIOCHEMISCHE EENHEID IS ONDERLIGGEND AAN BIOLOGISCHE
DIVERSITEIT
• Biochemie bestudeert de moleculaire en cellulaire processen die het leven
mogelijk maken
• 24 uren klok
o Eerste levende organismen pas om 5u
o Multicellulaire organismen ontstaan om 20u
o Eerste planten ontstaan om 22u
o De mens ontstond enkele seconden voor middernacht
• Tree of life
o Bevat 3 grote levensdomeinen
§ Bacteriën = prokaryoten
§ Archaea = prokaryoten
§ Eukaryoten (dieren, planten, fungi)
§ Alle levende organismen zijn afkomstig van LUCA (Last Universal
Common Ancestor)
o Niet-levende organismen
§ Virussen: grote impact op ons
§ Voor elke soort bestaat minsten 1 virus die ze kan infecteren
§ Hebben een gastheercel nodig om voort te planten
o Proteobacteriën: geven aanleiding tot de mitochondriën
o Cyanobacteriën: geven aanleiding tot de chloroplasten
1
,Wat kunnen we zeggen over het leven?
• Het leven is gekarakteriseerd door een enorme biologische diversiteit
• Levende organismen hebben een cellulair bestaan
o Dia 10: organismen zijn moeilijk te onderscheiden op cellulair niveau
o Dia 11: al deze moleculen komen voor in alle soorten => kun je niet
onderscheiden
§ Ze gebruiken allemaal deze biomoleculen zodat ze kunnen
overleven
• Het leven heeft een moleculair ontwerp
o Hoe macroscopischer, hoe meer diversiteit
o Hoe microscopischer, hoe meer gelijkheid
o Alle organismen bevatten DNA, water, suiker, eiwitten, vetten
Conclusie:
Biochemische eenheid ligt ten grondslag aan biologische diversiteit!
Hoewel twee organismen er volledig verschillend kunnen uitzien, zijn de processen die
zich op cellulair en moleculair niveau afspelen vaak sterk vergelijkbaar (of zelfs
identiek). De diversiteit die het leven biedt, heeft onderliggende cellulaire, moleculaire
en vooral mechanistische aspecten die behouden blijven in alle domeinen van het
leven.
De fundamentele bouwstenen van het leven (cellen, moleculen) worden allemaal
gebruikt binnen een gemeenschappelijk biochemisch kader.
2
,1.1.2 BIOLOGISCHE MOLECULEN ZIJN ONTSTAAN UIT ANORGANISCHE
MATERIALEN
• Vroeger geen ideale omstandigheden
o Veel vulkanische activiteit, stormen en UV-straling
Hypothese 1: abiotische/anorganische oorsprong
• Hypothese: Alle organische moleculen hebben een anorganische oorsprong. Er
was een prebiotische era (geen leven) waar waarschijnlijk al water, bliksem,
vulkanische activiteit en gassen aanwezig waren. Op een bepaald moment zijn
de stoffen met elkaar gaan interageren, wat geleid heeft tot de vorming van
organische moleculen.
• Experiment van Stanley Miller
o Bootste de oude aarde na (vroege atmosfeer)
o Spanningsverschil in de bol => vonk (bliksem nabootsen)
o Resultaat na enkele dagen:
§ CO en CO2 aanwezig
§ AZ, lactaat, acetaat in vloeibaar mengsel (organische
verbindingen)
• Verfijning van het Miller-experiment
o Dezelfde experimentele opstelling
o Toevoeging van H2S om vulkanische activiteit na te bootsen
o Uv-straling in de plaats van bliksem
o Resultaat na enkele dagen:
§ CO en CO2 aanwezig
§ Vloeistof bevat grotere verscheidenheid aan organische
verbindingen -> grote diversiteit
Hypothese 2: buitenaardse oorsprong
• Ruimtemissies identificeerden komeetstof dat organische verbindingen bevat
die op aarde gevonden worden
• Organische verbindingen zijn naar de aarde gebracht via kometen en meteoren
3
, Combinatie van beide hypotheses
• Primordiale soep (= waterige oplossing rijk aan organische verbindingen in de
primitieve oceanen van de aarde, waaruit het leven zou ontstaan)
o Verschillende organische verbindingen, gekenmerkt door hun functionele
groepen
§ Functionele groepen kunnen herkennen en kunnen koppelen aan
eigenschappen
o Biomoleculen reageren spontaan wanneer ze op de juiste plek en manier
tegen elkaar botsen
o Condensatiereacties vormden hierbij actieve polymeren uit monomeren,
maar werden later beperkter
1.1.3 LEVENDE ORGANISMEN KENNEN EEN CELLULAIR BESTAAN
• Chemische reacties tussen biomoleculen kunnen spontaan plaatsvinden
wanneer de moleculen perfect aligneren
o Probleem: goede positie vereist dat de moleculen dicht bij elkaar zijn =>
ontstaan celmembranen (afgesloten ruimtes)
o Lipide-achtige moleculen in de oersoep vormden blaasjes waarin
biomoleculen werden opgesloten => ontstaan van LUCA
• Celmembraan gaf aanleiding tot het ontstaan van de prokaryoten (Bacteria en
Archaea)
o Vanaf prokaryoten: evolutie om brandstoffen te metaboliseren
o Anaerobe prokaryoten: metabolisme zonder zuurstof (meeste)
• Extremofielen: leven onder extreme omstandigheden (vulkanen,
warmwaterpoelen, …)
• Chemotrofen: energie uit oxidatie van chemische brandstoffen (anorganisch of
organisch)
o Chemoautotrofen: energie uit oxidatie van anorganische moleculen +
CO₂ als bron
o Chemoheterotrofen: energie uit oxidatie van organische moleculen +
CO₂ als bron
4
