1 OORSPRONG VAN HET LEVEN
Leven is een speciale vorm van materie, die in een bepaald stadium tijdens de historische ontwikkeling (van die
materie) ontstaan is.
Beweging, gevoeligheid, ontwikkeling, dood en complexiteit
- Cellulaire organisatie
- Groei en metabolisme
- Voortplanting
- Homeostasis: reacties met behoud van interne orde
- Erfelijkheid, adaptatie/evolutie
1.1 Unieke eigenschappen van koolstof
- Levende materie: H, C, N, O die covalente bindingen aangaan
- 90% C: kan lange ketens vormen met zichzelf en andere elementen
- Kunnen ook covalente bindingen vormen: B, N, Si, P
- Si heeft een te grote atoomradius voor vorming Si-bindingen, wel Si-O ketens maar inert
- Heteronucleair = bindingen met verschillende elementen, minder stabiel dan homonucleair met C
1.2 Omstandigheden voor actief leven
- Water in vloeibare toestand (0°C-100°C onder 1 atm
- Biosfeer aarde: afstand tot de zon, samenstelling atmosfeer, draaibeweging
1.3 Extremofielen
- Barofiel: extreme druk
- Halofiel: extreem zoutgehalte
- Acidofiel en alkalofiel: extreme pH
- Thermofiel: extreme T
- Psychrofiel: extreme koude
1.4 Kosmische evolutie en prebiotische era
- 1 miljard jaar geleden; reducerende atmosfeer (huidig oxiderend)
1.5 Chemische evolutie
- UV straling en elektrische ontlading met hitte doet eerste moleculen vormen: HCN, HCOH
- HCN en HCOH aanleiding tot basen van nucleïnezuren en suikers
- Condensatie tot meer complexe bindingen en polymeren (bv. uitdampen water)
- Eobionten = eerste vormen van levende organismen
- Katalyse en autokatalyse (vormen van producten die eigen reactie katalyseren)
1.6 Ontstaanshypothesen
- Klei en andere minerale colloïdale substanties: concentratie door adsorptie van moleculen
- Oparin: onstabiele verbindingen ondergaan spontane degradatie, stabiele verbindingen ondergaan
accumulatie
- Coacervaten:
o druppelvormige concentraten van organische bestanddelen in verdunde colloïdale oplossingen
o bij accumulatie stabiele verbindingen
o bestaande uit 2 of meer colloïden
o 2 fasen: colloïde-rijke fase + de oplossing
- Amfoteer = hydrofiel en hydrofoob uiteinde, monomoleculaire lagen
tussen water en lucht die later samenklapten ter vorming van
membranen, uiteindelijk ontstaan van micellen
,1.7 Ontstaan eerste wezens
1.7.1 Generatio spontana
= abiogenesis = spontaan ontwikkelen van hoogontwikkelde organismen uit levenloze stof
1.7.2 Zelf replicerend RNA
- Centrale rol van nucleïnezuren door zelfreplicerend systeem en aanleiding tot synthese nieuwe
complementaire moleculen
- Polymerisatie van nucleotiden in oersoep
- RNA eerst want: ribozymes met katalytische eigenschappen
1.7.3 Competitie tot pathways
Competitie voor energierijke verbindingen leidde tot ontwikkeling van metabolische pathways, respiratie en
fotosynthese
- ATP
- Pathways: energieproducerend ten koste van energierijke verbingingen
- Fotosynthese:
o licht als onuitputtelijke bron
o H2O reducerend agens, O2 bijproduct
o Overgang van reducerende naar oxiderende atmosfeer
- Bescherming van het metabool apparaat tegen oxidatie
- Respiratie: O2 als oxiderend reagens
- Ontstaan van eukaryoten 2 miljard jaar na prokaryoten
1.8 Unitair karakter biochemie
Terugkomende globulaire basisprincipen:
- Genetische informatievloei: DNA → RNA → EIWIT
- Samenstelling genetische informatie:
o DNA: 4 desoxynucleotiden
o RNA: 4 ribonucleotiden
o Eiwitten: max. 20 universele aminozuren
- Universele genetische code: triplet codeert voor bepaald aminozuur
- Hoofdwegen intermediair metabolisme gaan door in alle levende wezens
- ATP als universele energiebron
→ unitaire oorsprong leven
,2 BOUWSTENEN VAN DE CEL
2.1 Water
- Vloeibaar in omstandigheden en geschikt oplosmiddel
- H-bruggen: continu herschikkende zwakke chemische interacties tussen E+ (O, N) en E- (H)
- Dipoolmoment → polariteit
- Hydratatieschaal = water rond elektrisch geladen moleculen zodat deze niet meer met elkaar associëren
2.1.1 Water en apolaire moleculen
- Streven naar maximum aan H-bruggen doet apolaire moleculen associëren (enclaves)
- Apolair = hydrofoob
- Hydrofobe binding = aggregatie apolaire moleculen in water
- Amfipatisch = zowel hydrofobe als hydrofiele eigenschappen (membranen)
2.1.2 Bindingen en interacties
- Covalent: gemeenschappelijk elektronenpaar
o H,O,C,N,P,S
o Chiraliteit: niet superponeerbare, optische isomeren
- Ionair: herverdeling elektronen naar meest E- met volledige ladingen
- Waterstofbruggen tussen partieel positief H in dipool en vrij elektron ander atoom
- Van der Waals interacties:
o niet specifieke aantrekkingskracht door continue ladingsverschillen rond een atoom, veroorzaakt
door fluctuaties in elektronendensiteit
o cohesie krachten zowel tussen polaire als apolaire moleculen
o compatibiliteit met aantrekking voor maximale densiteit
- Hydrofobe aantrekking: maximale vorming H-bruggen = maximale entropie met vorming micel
- Transiënt = continu breken en vormen van
interacties bij 25°C
- complementariteit door vorm en som van interacties
, 2.2 Chemische bouwstenen cel
- 3 meest voorkomende macromoleculen; polymeren uit monomeren, gelinkt door dehydratatie
o Proteïnen: lineaire polymeren uit 10 tot 1000en aminozuren, gelinkt door peptidebindingen
o Nucleïnezuren: lineaire polymeren uit honderden tot miljoenen nucleotiden, gelinkt door
fosfodiësterbindingen
o Polysacchariden: lineaire of vertakte polymeren uit monosacchariden, gelinkt door glycosidische
bindingen
2.2.1 Eiwitten
- Katalytisch, transport en opslag, immunologische afweer, structurele organisatie, reguleren cellulaire activiteit
- 20 gekarakteriseerde aminozuren met α-C gebonden aan aminogroep -NH2, carboxylgroep -COOH, waterstof -H
en een variabele functionele groep
- Asymmetrisch dus voorkomen in D (dextro) en L (levo) isomeren: enkel L wordt aangetroffen
- Hydrofiele aminozuren:
o Lysine, arganine, histidine, aspartaat, glutamaat, serine, threonine, aspartaat, glutamaat
o Oppervlak van proteïnen, wateroplosbaar
o Niet-covalente interacties met andere wateroplosbare proteïnen
o 4 aminozuren geladen bij pH 7: bepalen netto lading proteïne
o Histidine verandert tussen neutraal en positief bij kleine veranderingen
- Hydrofobe aminozuren:
o Alanine, valine, isoleucine, leucine, methionine, phenylalanine, tyrosine, tryptophan
o Wateronoplosbare kern van proteïnen
o Eventuele aromatische grote zijketens
- Speciale aminozuren:
o Cysteïne: reactieve sulfhydrylgroep -SH tot disulfidebrug met cysteïne of disulfidebruggen in
extracellulaire proteïnen voor vouwstructuur
o Glycine: kleinste
o Proline: hoek voor covalente ring zorgt voor opvouwen proteïne
- Voorkomen:
o Leucine, serine, lysine en glutamaat vormen 32%
- Peptidebinding:
o Isolatie -NH3+ en -COO- tot dipeptidemet vrijgave H2O
o Vanaf 50 gelinkte aminozuren = eiwit
Leven is een speciale vorm van materie, die in een bepaald stadium tijdens de historische ontwikkeling (van die
materie) ontstaan is.
Beweging, gevoeligheid, ontwikkeling, dood en complexiteit
- Cellulaire organisatie
- Groei en metabolisme
- Voortplanting
- Homeostasis: reacties met behoud van interne orde
- Erfelijkheid, adaptatie/evolutie
1.1 Unieke eigenschappen van koolstof
- Levende materie: H, C, N, O die covalente bindingen aangaan
- 90% C: kan lange ketens vormen met zichzelf en andere elementen
- Kunnen ook covalente bindingen vormen: B, N, Si, P
- Si heeft een te grote atoomradius voor vorming Si-bindingen, wel Si-O ketens maar inert
- Heteronucleair = bindingen met verschillende elementen, minder stabiel dan homonucleair met C
1.2 Omstandigheden voor actief leven
- Water in vloeibare toestand (0°C-100°C onder 1 atm
- Biosfeer aarde: afstand tot de zon, samenstelling atmosfeer, draaibeweging
1.3 Extremofielen
- Barofiel: extreme druk
- Halofiel: extreem zoutgehalte
- Acidofiel en alkalofiel: extreme pH
- Thermofiel: extreme T
- Psychrofiel: extreme koude
1.4 Kosmische evolutie en prebiotische era
- 1 miljard jaar geleden; reducerende atmosfeer (huidig oxiderend)
1.5 Chemische evolutie
- UV straling en elektrische ontlading met hitte doet eerste moleculen vormen: HCN, HCOH
- HCN en HCOH aanleiding tot basen van nucleïnezuren en suikers
- Condensatie tot meer complexe bindingen en polymeren (bv. uitdampen water)
- Eobionten = eerste vormen van levende organismen
- Katalyse en autokatalyse (vormen van producten die eigen reactie katalyseren)
1.6 Ontstaanshypothesen
- Klei en andere minerale colloïdale substanties: concentratie door adsorptie van moleculen
- Oparin: onstabiele verbindingen ondergaan spontane degradatie, stabiele verbindingen ondergaan
accumulatie
- Coacervaten:
o druppelvormige concentraten van organische bestanddelen in verdunde colloïdale oplossingen
o bij accumulatie stabiele verbindingen
o bestaande uit 2 of meer colloïden
o 2 fasen: colloïde-rijke fase + de oplossing
- Amfoteer = hydrofiel en hydrofoob uiteinde, monomoleculaire lagen
tussen water en lucht die later samenklapten ter vorming van
membranen, uiteindelijk ontstaan van micellen
,1.7 Ontstaan eerste wezens
1.7.1 Generatio spontana
= abiogenesis = spontaan ontwikkelen van hoogontwikkelde organismen uit levenloze stof
1.7.2 Zelf replicerend RNA
- Centrale rol van nucleïnezuren door zelfreplicerend systeem en aanleiding tot synthese nieuwe
complementaire moleculen
- Polymerisatie van nucleotiden in oersoep
- RNA eerst want: ribozymes met katalytische eigenschappen
1.7.3 Competitie tot pathways
Competitie voor energierijke verbindingen leidde tot ontwikkeling van metabolische pathways, respiratie en
fotosynthese
- ATP
- Pathways: energieproducerend ten koste van energierijke verbingingen
- Fotosynthese:
o licht als onuitputtelijke bron
o H2O reducerend agens, O2 bijproduct
o Overgang van reducerende naar oxiderende atmosfeer
- Bescherming van het metabool apparaat tegen oxidatie
- Respiratie: O2 als oxiderend reagens
- Ontstaan van eukaryoten 2 miljard jaar na prokaryoten
1.8 Unitair karakter biochemie
Terugkomende globulaire basisprincipen:
- Genetische informatievloei: DNA → RNA → EIWIT
- Samenstelling genetische informatie:
o DNA: 4 desoxynucleotiden
o RNA: 4 ribonucleotiden
o Eiwitten: max. 20 universele aminozuren
- Universele genetische code: triplet codeert voor bepaald aminozuur
- Hoofdwegen intermediair metabolisme gaan door in alle levende wezens
- ATP als universele energiebron
→ unitaire oorsprong leven
,2 BOUWSTENEN VAN DE CEL
2.1 Water
- Vloeibaar in omstandigheden en geschikt oplosmiddel
- H-bruggen: continu herschikkende zwakke chemische interacties tussen E+ (O, N) en E- (H)
- Dipoolmoment → polariteit
- Hydratatieschaal = water rond elektrisch geladen moleculen zodat deze niet meer met elkaar associëren
2.1.1 Water en apolaire moleculen
- Streven naar maximum aan H-bruggen doet apolaire moleculen associëren (enclaves)
- Apolair = hydrofoob
- Hydrofobe binding = aggregatie apolaire moleculen in water
- Amfipatisch = zowel hydrofobe als hydrofiele eigenschappen (membranen)
2.1.2 Bindingen en interacties
- Covalent: gemeenschappelijk elektronenpaar
o H,O,C,N,P,S
o Chiraliteit: niet superponeerbare, optische isomeren
- Ionair: herverdeling elektronen naar meest E- met volledige ladingen
- Waterstofbruggen tussen partieel positief H in dipool en vrij elektron ander atoom
- Van der Waals interacties:
o niet specifieke aantrekkingskracht door continue ladingsverschillen rond een atoom, veroorzaakt
door fluctuaties in elektronendensiteit
o cohesie krachten zowel tussen polaire als apolaire moleculen
o compatibiliteit met aantrekking voor maximale densiteit
- Hydrofobe aantrekking: maximale vorming H-bruggen = maximale entropie met vorming micel
- Transiënt = continu breken en vormen van
interacties bij 25°C
- complementariteit door vorm en som van interacties
, 2.2 Chemische bouwstenen cel
- 3 meest voorkomende macromoleculen; polymeren uit monomeren, gelinkt door dehydratatie
o Proteïnen: lineaire polymeren uit 10 tot 1000en aminozuren, gelinkt door peptidebindingen
o Nucleïnezuren: lineaire polymeren uit honderden tot miljoenen nucleotiden, gelinkt door
fosfodiësterbindingen
o Polysacchariden: lineaire of vertakte polymeren uit monosacchariden, gelinkt door glycosidische
bindingen
2.2.1 Eiwitten
- Katalytisch, transport en opslag, immunologische afweer, structurele organisatie, reguleren cellulaire activiteit
- 20 gekarakteriseerde aminozuren met α-C gebonden aan aminogroep -NH2, carboxylgroep -COOH, waterstof -H
en een variabele functionele groep
- Asymmetrisch dus voorkomen in D (dextro) en L (levo) isomeren: enkel L wordt aangetroffen
- Hydrofiele aminozuren:
o Lysine, arganine, histidine, aspartaat, glutamaat, serine, threonine, aspartaat, glutamaat
o Oppervlak van proteïnen, wateroplosbaar
o Niet-covalente interacties met andere wateroplosbare proteïnen
o 4 aminozuren geladen bij pH 7: bepalen netto lading proteïne
o Histidine verandert tussen neutraal en positief bij kleine veranderingen
- Hydrofobe aminozuren:
o Alanine, valine, isoleucine, leucine, methionine, phenylalanine, tyrosine, tryptophan
o Wateronoplosbare kern van proteïnen
o Eventuele aromatische grote zijketens
- Speciale aminozuren:
o Cysteïne: reactieve sulfhydrylgroep -SH tot disulfidebrug met cysteïne of disulfidebruggen in
extracellulaire proteïnen voor vouwstructuur
o Glycine: kleinste
o Proline: hoek voor covalente ring zorgt voor opvouwen proteïne
- Voorkomen:
o Leucine, serine, lysine en glutamaat vormen 32%
- Peptidebinding:
o Isolatie -NH3+ en -COO- tot dipeptidemet vrijgave H2O
o Vanaf 50 gelinkte aminozuren = eiwit
